close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Договор 2015;docx

код для вставкиСкачать
№4(90),2014
Энергосбережениеи
Водоподготовка
СХЕМНО‐ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕРЕШЕНИЯВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ
УСТАНОВОКНАБАЗЕИНТЕГРИРОВАННЫХМЕМБРАННЫХТЕХНОЛОГИЙ
ДЛЯПАРОГАЗОВЫХТЭС
А.А.ПАНТЕЛЕЕВ1,д.ф.‐м.н.,профессор,заведующийкафедрой
В.Ф.ОЧКОВ1,д.т.н.,профессор
С.С.ГАВРИЛЕНКО1,2,аспирант
1ФГБОУВПО«Национальныйисследовательскийуниверситет«МЭИ»,111250,г.Москва,ул.Красноказарменная,14
2«Мосэнергопроект»(МЭП)филиалОАО«ТЭКМосэнерго»,115035,г.Москва,ул.Садовническая,13,стр.11
Аннотация. В статье отмечены особенности парогазовых энергоблоков ТЭС, которые необходимо учитывать
при проектировании водоподготовительных установок (ВПУ) для подпитки котлов‐утилизаторов. Для ВПУ, осно‐
ваннойнаинтегрированныхмембранныхтехнологиях,предложенаирассмотренаколлекторно‐цепочечнаясхемасо‐
единенияосновногооборудования.Описаныподходыксозданиюрациональнойкомпоновкиоборудования,соединенного
поколлекторно‐цепочечнойсхеме.
Ключевыеслова:парогазоваятепловаяэлектрическаястанция,котелутилизатор,установкаводоподготовки,
качествообессоленнойводы,мембранныетехнологии,обратныйосмос.
Впоследниедесятилетия,каквроссийской,
так и в мировой практике при проектирова‐
нии новых электростанций предпочтение от‐
дается энергоблокам, основанным на парога‐
зовой технологии, которая является одним из
наиболее перспективных направлений разви‐
тия энергетики. Применение парогазовых
технологий позволяет повысить экономиче‐
скую эффективность и экологические показа‐
тели энергосистемы, снизить сроки строи‐
тельства энергоблоков. При этом ПГУ с кот‐
лом‐утилизатором (КУ) – единственные в ми‐
ре энергетические установки, КПД которых,
при выработке электроэнергии в конденсаци‐
онномрежиме,достигает55‐60%.
Эксплуатационные издержки современной
ПГУ вдвое ниже по сравнению с издержками
на пылеугольной ТЭС, а удельные капиталь‐
ные затраты ниже в 2‐2,5 раза. Сроки строи‐
тельстваПГУсКУнамного(в2‐4раза)короче,
чем сроки строительства мощных ТЭС других
типов[1].
Длянашейстраныдополнительнымстиму‐
лом при строительстве ПГУ является то, что
основой российского топливно‐энергетиче‐
скогокомплексаявляетсяприродныйгаз.
В настоящее время в энергетике реализо‐
ваны различные тепловые схемы ПГУ, кото‐
рые имеют свои особенности в технологиче‐
ском процессе. При этом наибольшее распро‐
странение получила схема ПГУ с котлом‐
утилизатором (КУ), в которой выходные газы
ГТУ направляются в котел‐утилизатор, где их
теплота передается пароводяному рабочему
телу, генерируя перегретый пар, который со‐
вершаетработувпаровойтурбине,послечего
конденсируетсяиввидеводывозвращаетсяв
КУ.ДлясовременныхПГУхарактерноналичие
2‐3 контуров генерации пара и его промежу‐
точного перегрева, организуемых для более
глубокогоохлажденияуходящихгазов.
Основная электрическая нагрузка парога‐
зового энергоблока (более 2/3 от общей)
«снимается» с газовой турбины. Оставшаяся
нагрузка покрывается паротурбинной уста‐
новкой. Для восполнения потерь пара и кон‐
денсата основного цикла необходимо преду‐
смотреть подпитку обессоленной водой опре‐
деленногокачества.
ПрипроектированииВПУдляподпиткипа‐
роводяноготрактаПГУ,однойизпервыхвста‐
ет проблема определения производительно‐
сти ВПУ, поскольку большинство отечествен‐
ных нормативных документов, касающихся
проектирования ТЭС, не распространяется на
проектирование ВПУ для ПГУ. Для решения
этойзадачивданнойстатьеиспользованаме‐
тодика, изложенная в СТО 70238424.
27.100.013‐2009 (СТО 70238424.27.100.013‐
2009 ‐ нормативный документ, разработан
ОАО «ВТИ» с учетом стандартов AWWA (Аме‐
риканская ассоциация водоподготовки) и
ASME (Американское общество инженеров‐
механиков)).
Для примера производительность ВПУ по
обессоленнойводедляблокаПГУ‐420(вкаче‐
стве примера взят энергоблок ПГУ‐420 Серов‐
ской ГРЭС) можно рассчитать следующим об‐
разом:
Dдоб=(0,03Do+0,005Do).1,2=
=(0,03.381,3+0,005.381,3).1,2=16т/ч,
где Do –паропроизводительность котла‐
утилизатора одного энергоблока, т/ч; 0,03 –
коэффициент,учитывающийстанционныепо‐
Водоподготовкаиводоподготовительноеоборудование
1
Энергосбережениеи
Водоподготовка
№4(90),2014
тери различного типа; 0,005 – коэффициент,
учитывающий потери с продувкой котла‐
утилизатора; 1,2 – нормированный запас для
ВПУ малой производительности (следует ого‐
вориться, что при определении производи‐
тельности ВПУ также необходимо учитывать
индивидуальные особенности конкретных
ПГУ, поскольку многие ГТУ требуют обессо‐
ленную воду для впрыска в камеру сгорания
(либо для впрыска в компрессор), а нормиро‐
ванный запас в 20% может не учесть всех до‐
полнительныхрасходовобессоленнойводы).
Для сравнения при равной мощности и та‐
комжеиспользуемомтопливе,подпиткапаро‐
водяного тракта аналогичной КЭС той же
мощности (например, с двумя блоками с тур‐
бинамиК‐210)составит:
Dдоб=(0,03Do+0,02Do).2=
=(0,03.640+0,02.640).2=64м3/ч,
где Do – паропроизводительность котла, т/ч;
0,03 – коэффициент, учитывающий станцион‐
ные потери различного типа; 0,02 – коэффи‐
циент, учитывающий потери с продувкой ба‐
рабанныхкотлов.
Таким образом, первой особенностью ВПУ
дляТЭСспарогазовымиблокамиявляетсяма‐
лое значение расхода добавочной воды для
подпитки котлов. Для проектировщиков это
является существенной проблемой, поскольку
вроссийскойНТДотсутствуюттиповыереше‐
ниядляВПУмалойпроизводительности.
Другой важнейшей особенностью ПГУ яв‐
ляется качество обессоленной воды, подавае‐
мой на подпитку КУ, которое значительно
выше,чемкачестводобавочнойводыдлябло‐
ков с барабанными котлами соответствующе‐
го давления и прямоточных котлов. В табл. 1
приведены значения норм качества добавоч‐
ной воды для барабанных котлов давлением
13,8 МПа и прямоточных котлов (согласно
ПТЭ, 2003 г.), а также котлов‐утилизаторов
(согласноСТО70238424.27.100.013‐2009).
Данные показатели качества также соответ‐
ствуют требованиям к качеству добавочной
воды разработанным исследовательским ин‐
ститутом электроэнергетики США (EPRI) и
энергокомпанией VGB на основании опыта
эксплуатацииТЭСсПГУ.
Последний показатель – ТОС (международ‐
ная аббревиатура – Total Organic Carbon) – яв‐
ляется относительно новым для России. До
недавнего времени вопрос измерения содер‐
жания органики в добавочной воде из‐за от‐
сутствия нормирования этого показателя не
возникал,однакозарубежныйопытпоказыва‐
ет, что снижение и поддержание концентра‐
ции органических соединений на низком
уровне повышает надежность работы энерге‐
тического оборудования. Кроме того, приме‐
нение импортного оборудования уже привело
к необходимости автоматического определе‐
ния показателя ТОС, так как зарубежные по‐
ставщики закладывают данный показатель в
условиянадежнойработыпоставляемогообо‐
рудования. При этом исследования показыва‐
ют,чтонасуществующихВПУ,работающихпо
«традиционной»схеметрехступенчатогообес‐
соливания, содержание органики в глубоко
обессоленной воде находится в пределах 300‐
500 мкг/дм3, что не удовлетворяет приведен‐
ным в табл.1 показателям и влечет за собой
необходимость применения мембранных тех‐
нологийдляВПУпарогазовыхТЭС[2].
Современным подходом к проектированию
ВПУдляподготовкиглубокообессоленнойво‐
ды необходимого для подпитки ПГУ качества,
учитывающего вышеописанные особенности,
является концепция интегрированных мем‐
бранных технологий (ИМТ) – создание ВПУ,
состоящих только из установок, основанных
натехнологиимембранногоразделения–уль‐
трафильтрации, обратного осмоса, электроде‐
ионизации[3].
Таблица1
Значениянормкачествадобавочнойводыдляподпиткибарабанныхкотлов,прямоточныхкотлов
икотлов‐утилизаторов
Показатель
Общаяжесткость,мкг‐экв/дм3
Содержаниекремниевойкислоты,мкг/дм3
Содержаниесоединенийнатрия,мкг/дм3
Удельнаяэлектрическаяпроводимость,мкСм/см
Общийорганическийуглерод(ТОС),мкг/дм3
2
Барабанныекотлы
сестественнойцир‐
куляциейдавлением
13,8МПа
1
100
80
2,0
Ненормируется
Прямоточные
котлы
Котлы‐
утилизаторы
0,2
20
15
0,5
Ненормируется
отсутствие
20
10
0,2
300
Водоподготовкаиводоподготовительноеоборудование
Энергосбережениеи
Водоподготовка
№4(90),2014
Рис.1.ПринципиальнаясхемаВПУдляполученияобессоленнойводы,основаннаянаИМТ.
Нарис.1изображенапринципиальнаясхема
ВПУ для получения глубоко обессоленной во‐
ды, основанная на ИМТ. На установке ультра‐
фильтрации (УУФ) происходит удаление
взвешенных и коллоидных веществ, что поз‐
воляет получить фильтрат с коллоидным ин‐
дексомSDIменее3(анапрактикедо0,9),что
увеличивает удельный съем пермеата с мем‐
бран установки обратного осмоса первой сту‐
пени (УОО1) и снижает частоту химических
моек УОО1. На УОО1 происходит удаление 96‐
98%растворенныхсолей(близкопоэффектук
однойступениионногообмена).Применениев
качестве финишной очистки установки элек‐
тродеионизации (УЭДИ) позволяет получить
воду, удовлетворяющую самым высоким тре‐
бованиям (подпитка прямоточных котлов и
котлов‐утилизаторов), а установка обратного
осмосавторойступени(УОО2)служиткакдля
подготовки воды требуемого качества перед
УЭДИ, так и для защиты от возможных нару‐
шений работы УОО1 (что является важным
плюсом оборудования, существенно повыша‐
ющим надежность системы в целом). В этом
случае УОО2 является барьерной стадией и
работает в относительно «мягких» условиях
[4].
Для проектирования схемы ВПУ, основан‐
ной на ИМТ, для соединения различных базо‐
вых установок (модулей или блоков) между
собой и с другими элементами схемы предла‐
гается и исследуется в работе принцип кол‐
лекторно‐цепочечнойсхемы(рис.1).
3
Базовыемодулиустановокультрафильтра‐
ции и обратного осмоса первой ступени объ‐
единяются по коллекторному принципу, или
т.н. «гребенке». При работе «гребенки» вода
через входной коллектор, распределяется по
модулям одной группы (УУФ и УОО1), а затем
на выходном коллекторе собирается в один
поток.Данныйподходсвязанстем,чтоУУФи
УОО1работаютвнаиболеестрессовыхуслови‐
яхидлянихважнывозможностьбыстрогопе‐
реключения между модулями (для ремонта
или диагностики неисправностей). С данным
обстоятельством, связан и принцип резерви‐
рования УУФ и УОО1: Nпроектное=Nрабочее+2, где
Nпроектное – число устанавливаемых базовых
блоков,Nрабочее–числоблоковвработе,2–ре‐
зерв[4].
Установка обратного осмоса второй ступе‐
ни и установка электродеионизации соедине‐
ны «цепочкой». При водоподготовке по схеме
«цепочка» коллекторы («гребенки») тоже
имеются,ноихвсегодва–навходеинавыхо‐
де воды из узла водоподготовительной уста‐
новки. Применение для последних ступеней
очистки соединения по принципу «цепочки»
позволяетсэкономитьнаустановкевспомога‐
тельного оборудования (баков, насосов, до‐
полнительной арматуры) и сократить длину
межмодульных трубопроводов. Это особенно
важно поскольку, аппараты, основанные на
мембранной технологии (обратный осмос,
электродеионизация, электродиализ, мем‐
бранная дегазация), очень чувствительны к
Водоподготовкаиводоподготовительноеоборудование
Энергосбережениеи
Водоподготовка
№4(90),2014
контаминации (микробиологическому загряз‐
нению) мембран. Применение «цепочки» на
финальной стадии обессоливания позволяет
минимизировать количество баков в схеме
ВПУ, и отказаться от установки промежуточ‐
ных емкостей, которые могут служить источ‐
ником микробиологического загрязнения в
результате«застаивания»воды.
Применение цепочки для УОО2 и УЭДИ
также обоснованно тем, что исходной водой
для нее является пермеат установки обратно‐
гоосмосапервойступени,что,какбылосказа‐
но выше, существенно повышает надежность
схемы и позволяет уменьшить количество ре‐
зервируемого оборудования. Одновременно
важноотметить,чторезервируетсяпритаком
способесоединениявся«цепочка».Из‐зарабо‐
ты в относительно «мягких» условиях для
единой цепочки УОО2+УЭДИ применяется
принципNпроектное=Nрабочее+1[4].
Для каждой ступени обработки (УУФ, УОО,
УЭДИ) необходима установка собственной
станции химической мойки, поскольку приме‐
нение единой системы химмойки приведет к
загрязнению мембран последующих ступеней
продуктамиотмывкипредыдущих.
Отдельного внимания требует проблема
сохранения высокого качества глубоко обес‐
соленной воды в баках запаса. Из‐за малого
расходаводынаподпиткуКУпроисходит«за‐
стаивание» водывбаках,насыщениеводыуг‐
лекислотой, возникает опасность микробио‐
логическихзагрязнений.Длярешенияданной
задачи необходимо применять гидрозатворы
напереливахбаковзапасаобессоленнойводы
и обеспечивать защиту дыхательных клапа‐
нов, к примеру, устанавливая специальные
фильтры с натронной известью (применение
защитных пленок на поверхности зеркала во‐
ды нежелательно, поскольку данные пленки
могут вызвать микробиологическое загрязне‐
ниеобессоленнойводы).
Комплексноеприменениемембранныхтех‐
нологий при строительстве новых парогазо‐
вых ТЭС поднимает вопрос о рациональном
принципе расположения (компоновке) обору‐
дования ВПУ. Данная проблема практически
неотраженавНТДиспециализированнойли‐
тературе, и, зачастую, пренебрежение особен‐
ностям мембранных аппаратов приводит к
нефункциональным и дорогостоящим проект‐
нымрешениям.Втожевремя,внедрениеИМТ
требует специального подхода не только к
принципам разработки технологических схем
и резервирования основного оборудования
4
ВПУ,нотакжеикметодамкомпоновкиданно‐
гооборудования.
Проведенный анализ показывает, что при
разработке подходов к применению ИМТ для
ВПУ ТЭС существенным является ряд особен‐
ностей, которые необходимо учитывать при
проектировании:
1. В отличие от «классического» подхода к
проектированию ВПУ (данный подход для
трехступенчатой схемы обессоливания с
ионитными фильтрами подробно описан в
ВНТП81, основном документе для проектиро‐
вания),концепцияИМТнепредполагаетнеоб‐
ходимости разделения здания на функцио‐
нальные участки (предочистка, фильтроваль‐
ныйзалидр.).МалаяпроизводительностьВПУ
позволяет размещать всё оборудование в од‐
ном помещении, при этом базовые модули
мембранных установок необходимо распола‐
гать в соответствии с коллекторно‐
цепочечным принципом (к примеру, УОО2 ря‐
дом с УЭДИ) для уменьшения длины межмо‐
дульныхтрубопроводов.
2. Поскольку оборудование, использующее
мембранную технологию, имеет меньший
нагрузочный вес и высотные габариты, чем
соответствующее ионообменное оборудова‐
ние, в случае недостатка площади целесооб‐
разным является решение о применении 2‐х
этажной компоновки здания химводоочистки
(ХВО)срасположениеммембранногооборудо‐
вания на втором этаже, а промежуточных ба‐
ков, насосов и прочего вспомогательного обо‐
рудованиянапервом.Вслучаежеприменения
одноэтажнойкомпоновкиможносущественно
снизитьвысотуздания.
3. В связи с малой высотой установок мем‐
бранного разделения (1,5‐3м) возможно ис‐
пользовать вариант их установки одна над
другой на площадке без увеличения высоты
здания (например, располагать установку об‐
ратного осмоса над установкой ультрафиль‐
трации)–решение,котороеможноприменять
при реконструкции устаревших ВПУ в суще‐
ствующемздании.
4. При применении ИМТ происходит суще‐
ственноесокращениеразмеровскладареаген‐
тов.ПриэтомпроизводительностьВПУужене
оказывает сильного влияния на площадь
склада реагентов (из‐за малого расхода реа‐
гентов на химмойку мембран помещения
складов реагентов оборудуются только мини‐
мально необходимым количеством оборудо‐
вания)[5].
5.Всвязиснаметившейсявпоследнеевре‐
мятенденциейкстроительствуновыхТЭСбез
Водоподготовкаиводоподготовительноеоборудование
Энергосбережениеи
Водоподготовка
№4(90),2014
для здания ХВО отпадает необходимость
наличия торца расширения, который ранее,
как правило, предусматривался проектиров‐
щикамиивлиялнакомпоновкузданияХВО.
возможности дополнительного расширения
новымиблоками(еслирасширениевбудущем
и возможно, необходимое резервное место за‐
кладываетсявпервойочередистроительства)
Рис.2.Примеркомпоновкизданияхимводоочисткисводоподготовительнойустановкой
производительностьюдо30т/ч,основаннойнаконцепцииИМТ.
5
Водоподготовкаиводоподготовительноеоборудование
Энергосбережениеи
Водоподготовка
№4(90),2014
Нарис.2приведенпримеркомпоновкизда‐
ния химводоочистки, разработанной с приме‐
нением описанного подхода и учетом особен‐
ностей коллекторно‐цепочечной схемы соеди‐
Взаключениеможноотметить,чтовотсут‐
ствие каких‐либо официальных нормативных
документов, регламентирующих вопросы про‐
ектирования ВПУ для парогазовых ТЭС, опи‐
санный подход может быть использован в ка‐
чествевозможноговариантарешенияпробле‐
мы создания рациональной водоподготови‐
тельнойустановки,основаннойнаинтегриро‐
ванныхмембранныхтехнологиях,дляполуче‐
нияглубокообессоленнойводыдляподпитки
КУ.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремизов А.Н. Газотурбин‐
ные и парогазовые установки тепловых электростан‐
ций / Под ред. С.В. Цанева. ‐ М.: Издательство МЭИ,
2002.
ненияблоковВПУипредложенногопринципа
резервирования [4]. Данное решение можно
применять для ВПУ парогазовых ТЭС в широ‐
комдиапазонекачестваисходнойводы.
2. Кирилина А.В., Суслов С.Ю. Новые требования к
качеству воды для подпитки энергоблоков // Энерге‐
тик.2009.№7.С.29‐31.
3. Технологии мембранного разделения в про‐
мышленной водоподготовке / А.А.Пантелеев [и др.]. –
М.:ДеЛиплюс,2012.
4.ПантелеевА.А.,ОчковВ.Ф.,ОрловК.А.,Гаврилен‐
коС.С.Подходыкпроектированиюиоптимизацииво‐
доподготовительных установок, основанных на инте‐
грированных мембранных технологиях // Энергосбе‐
режениеиводоподготовка.2013.№6.С.14‐18.
5. Очков В.Ф., Гавриленко С.С. Применение инте‐
грированныхмембранныхтехнологийочисткиводыв
энергетикенапримереАдлерскойТЭС//Водоснабже‐
ниеиканализация.2012.№7‐8.С.78‐83.
SCHEMATICSANDTECHNOLOGICALSOLUTIONSINWATERTREATMENTPLANTS
ONTHEBASISOFINTEGRATEDMEMBRANETECHNOLOGYFORCOMBINED‐
CYCLESTEAM‐GASTPP
A.A.PANTELEEV1,D.Sc.(Phyz.‐Math.)
V.F.OChKOV1,D.Sc.(Tech.)
S.S.GAVRILENKO1,2,Eng.
1NationalResearchUniversity“MoscowPowerEngineeringInstitute”,14,KrasnokazarmennayaStr.,Moscow,111250,Russia
2Mosenergoproyekt(MEP)–theBranchofJSC“TEKMosenergo”,Build.11,13,SadovnicheskayaStr.,Moscow,115035,Russia
Abstract.ThearticlemarkedfeaturescombinedcyclepowerTPP,whichmustbeconsideredinthedesignofwatertreatment
plantsforfeedingwasteheatboilers.Forwatertreatmentplantsbasedonintegratedmembranetechnologiesproposedandcon‐
sidered collector‐chain connection scheme of the main equipment. The approaches toestablish a rational layout of the equip‐
mentconnectedbythecollector‐chainedpattern.Developedschematicofpreparationfordeepwaterdesalinatedwater,based
onintegratedmembranetechnology.Installationonultrafiltrationremovessuspendedandcolloidalsubstances,whichallowsto
obtainthefiltratewithwaterSDIlessthan3(andinpracticeto0.9),whichincreasesthespecificremovalofthepermeatefrom
thereverseosmosismembranesofthefirststage(UOO1)andreducesthechemicalsinksUOO1.OnUOO1removes96‐98%ofdis‐
solvedsalts(closetothesameeffectonthelevelofionexchange).Useasafinalpurificationofelectrodeionizationletgetwater
thatmeetsthehighestrequirements(makeupofonce‐throughboilersandwasteheatboilers).
Keywords:combined‐cyclethermalpowerplant,boilerheatrecovery,watertreatmentplant,thequalityofdesalinatedwa‐
ter,membranetechnology,reverseosmosis.
REFERENCES.
1.Tsanev,S.V.,Burov,V.D.,Remizov,A.N.Gazoturbinnyeiparogazovyeustanovkiteplovykhelektrostantsii/Podred.S.V.
Tsaneva.–Moscow,Izdatel'stvoMEI,2002.
2.Kirilina,A.V.,Suslov,S.Yu.Novyetrebovaniyakkachestvuvodydlyapodpitkienergoblokov//Energetik,2009,No.7,
pp.29‐31.
3.Panteleev,A.A.,Ryabchikov,B.E.,Khoruzhii,O.V.,Gromov,S.L.,Sidorov,A.R.Tekhnologiimembrannogorazdeleniyav
promyshlennoivodopodgotovke.–Moscow,DeLiplyus,2012.
4. Panteleev, A.A., Ochkov, V.F., Orlov, K.A., Gavrilenko, S.S. Podkhody k proektirovaniyu i optimizatsii vodopodgo‐
tovitel'nykhustanovok,osnovannykhnaintegrirovannykhmembrannykhtekhnologiyakh//Energosberezhenieivodopod‐
gotovka,2013,No.6,pp.14‐18.
5. Ochkov, V.F., Gavrilenko, S.S. Primenenie integrirovannykh membrannykh tekhnologii ochistki vody v energetike na
primereAdlerskoiTES//Vodosnabzhenieikanalizatsiya,2012,No.7‐8,pp.78‐83.
6
Водоподготовкаиводоподготовительноеоборудование
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа