Уважаемые читатели! Ничто в мире не стоит на месте и, развиваясь и совершенствуясь, все движется вперед, преследуя свою цель. Руководствуясь законами жизни, наша команда пришла к выводу, что час "Х" настал, что привело к кардинальным изменениям в "облике" электронного журнала Города в 21 веке. Архивные материалы прошлых выпусков остаются для Вас, читатели, в свободном доступе на нашем прежнем ресурсе journal.esco.co.ua Надеемся, что новая подача журнала полюбится и приглянется Вам, друзья. Ведь мы стараемся именно для Вас. С уважением, редакционный коллектив журнала Города в 21 веке. Read more...
   |   

Резервное топливоснабжение котельных установок и ТЭЦ

Для повышения надежности и экономичности системы резервного и аварийного топливоснабжения рассмотрена возможность замены требующего высокотемпературного разогрева резервного мазута на топливо печное бытовое (ТПБ). ТПБ можно применять в качестве резервного топлива не только в котельных, но и на более крупных теплоисточниках, к которым относятся тепловые электростанции. Авторами произведена оценка энергетической эффективности нескольких вариантов разогрева ТПБ на ТЭЦ по сравнению с традиционной схемой разогрева резервного мазута М-100

Введение

Бесперебойное снабжение как основным, так и резервным топливом надлежащего качества и в необходимых количествах является одним из определяющих критериев устойчивой работы теплоисточника. Основным видом топлива на большинстве теплоэнергетических предприятий европейской части России является природный газ. В качестве резервного топлива, которое предназначено для сжигания наряду с основным при перерывах в подаче последнего, как правило, используют мазут марок М-100 или М-40.

В последние годы возросла роль экономических требований к резервным мазутным хозяйствам теплоисточников. Приведение цен на топливо к реальным выдвинуло помимо традиционных требований экономичности сжигания и ряд новых. Это прежде всего уменьшение доли затрат на собственные нужды котельных и тепловых электростанций, приходящихся на содержание мазутного хозяйства. Значительно ужесточились требования, связанные с экологическими последствиями сжигания низкосортного жидкого топлива [1].

Мазут марок М-100 и М-40 - высоковязкий продукт нефтепереработки с довольно высокими температурами застывания (до 42 ОС) [2]. Это обстоятельство вынуждает производить подогрев мазута высокопотенциальным паром в подогревателях до температуры 60-80 ОС при нахождении топливного хозяйства в режиме «ожидания» и до 90-110 ОС соответственно при непосредственной подаче топлива в котлоагрегаты для устойчивого распыливания в форсунках горелочных устройств [2, 3].

Резервное топливное хозяйство теплоисточника - это целый комплекс сооружений, аппаратов и трубопроводов, требующий значительных капиталовложений при строительстве и потребляющий значительную долю собственных нужд предприятия, поэтому значимость топливного хозяйства как системы хранения и подготовки резервного топлива очень высока. Оборудование топливного хозяйства традиционно относится к вспомогательному оборудованию, но с учетом вышеизложенного оно должно рассматриваться наравне с основными системами и оборудованием котельной или ТЭЦ.

На примере одной из котельных Ульяновской области для повышения надежности и экономичности системы резервного и аварийного топливоснабжения авторами была рассмотрена возможность замены требующего разогрева резервного мазута на топливо печное бытовое (ТПБ) с установкой насосов, включенных в топливопровод, выходящий за пределы котельной, к которому при необходимости может подсоединяться автоцистерна с резервным жидким топливом [4].

Технологически переход с мазута на ТПБ не влечет за собой существенного технического перевооружения существующего топливного хозяйства и крупных капиталовложений. Для сжигания ТПБ можно использовать те же горелки и форсунки, что и для сжигания мазута. Для подачи ТПБ в котельную возможно применение уже имеющихся винтовых насосов с электродвигателями. При внедрении новой схемы резервного топливоснабжения в котельной экономия достигает 30% от эксплуатационных затрат на традиционное резервное мазутное хозяйство.

 

Теплофизические параметры ТПБ

Топливо печное бытовое - продукт глубокой переработки нефти, вырабатывается из дизельных фракций прямой перегонки и вторичного происхождения, относится к легким нефтяным видам топлива. Различают ТПБ двух типов: темное и светлое (близкое к дизельному топливу), отличающихся друг от друга цветом и температурой застывания [5, 6]. Преимуществами ТПБ являются высокая теплота сгорания 38,5-42,5 МДж/кг (у мазута 39-40,5 МДж/кг), низкая температура застывания по сравнению с мазутом (-5 ОС и ниже), низкое содержание серы (около 0,5-1% по массе).

По стоимости темное ТПБ сопоставимо со стоимостью мазута М-100, средняя цена колеблется в пределах 9-12,5 тыс. руб./т. Светлое ТПБ несколько дороже, его стоимость зависит от температуры застывания, чем ниже температура застывания, тем дороже топливо, в среднем стоимость светлого ТПБ составляет 13,5 – 26 тыс. руб./т.

В настоящее время в технической литературе отсутствуют методики расчета теплофизических параметров ТПБ, в связи с этим получены аналитические зависимости, в основе которых лежат экспериментальные данные и методика из [7].

Для ТПБ зависимость плотности р, кг/м3, от температуры топлива t, ОС, можно представить как:

ρ=930-0,703(t-20) (1)

 

Удельную теплоемкость топлива Ср, Дж/(кг К), можно определить по формуле

Ср=1,674[1+0,002533(t -20)]. (2)

 

Функциональную зависимость коэффициента теплопроводности ТПБ λ, Вт/(м.К), от температуры описывает уравнение:

λ=0,0869[1-0,000522(t -20)]. (3)

 

Полученные зависимости позволяют оценить основные теплофизические параметры ТПБ в широком диапазоне температур с приемлемой точностью [8]. В табл. 1 приведены основные теплофизические характеристики ТПБ, рассчитанные по формулам (1)-(3).

 

 

Зависимость для определения вязкости топлива печного бытового выявить не удалось, поскольку этот параметр можно определить с достаточной точностью только по результатам лабораторных исследований.

Температура застывания ТПБ, произведенного в период с 1 сентября по 1 апреля, гарантирована заводом-изготовителем не выше -10 ОС, а фактически - не выше -22 ОС [3]. Столь низкая температура застывания в сравнении с мазутом приводит к существенному уменьшению тепловой мощности, необходимой топливному хозяйству. Это обстоятельство позволяет применить в схеме разогрева топлива в зимний и переходный периоды года менее ценные теплоносители с более низкой температурой - горячую воду или пар с более низкими параметрами, а в летний период и вовсе отказаться от подогрева.

 

Особенности применения ТПБ на ТЭЦ

ТПБ можно использовать не только в котельных, но и на более крупных теплоисточниках, к которым относятся тепловые электростанции. На ТЭЦ запасы резервного мазута в несколько раз больше, чем на котельных, соответственно больше и затраты на эксплуатацию резервных топливных хозяйств. На рис. 1 приведена традиционная тепловая схема топливного хозяйства ТЭЦ с разогревом мазута паром производственного отбора. Эта схема нашла широкое применение в отечественной теплоэнергетике. Положительным свойством традиционной технологии разогрева является высокая надежность, позволяющая нагревать топливо до нужных температур независимо от внешних факторов. Однако данная схема обладает серьезным недостатком, т.к. применение перегретого пара с давлением 1,3-1,5 МПа ведет к существенному расходу топлива котлами и к недоотпуску электрической энергии на тепловом потреблении от ТЭЦ. Вышеизложенные обстоятельства показывают имеющиеся резервы по повышению эффективности систем резервного топливоснабжения теплоисточников.

 

 

Авторами произведена сравнительная оценка тепловой мощности, которая требуется для нужд резервного топливного хозяйства Ульяновской ТЭЦ-2 с надземными металлическими резервуарами 2x20 тыс. и 2x5 тыс. м3, покрытыми теплоизоляцией, при использовании в качестве резервного топлива мазута М-100 и ТПБ [9]. При средней температуре отопительного периода для г. Ульяновска tн.в.=-5,4 ОС для топливного мазутного хозяйства необходимая тепловая мощность составит 19,27 МВт, а при использовании в качестве резервного топлива ТПБ - 1,33 МВт, т.е. меньше в 14 раз. Снижение потребляемой тепловой мощности на нужды резервного топливного хозяйства обуславливает изменение традиционной схемы разогрева жидкого топлива с переходом на теплоносители относительно низкого потенциала. Наиболее перспективным, по нашему мнению, является применение следующих схем разогрева ТПБ:

а) для ТЭЦ с турбиной ПТ-135/165-130/15 использование потока обратной сетевой воды;

б) для ТЭЦ с турбинами ПТ-135/165-130/15 и Т-100/120-130 использование пара пятого регенеративного отбора;

в) для ТЭЦ с турбинами ПТ-135/165-130/15 и Т-100/120-130 использование двух ступеней нагрева потоком обратной сетевой воды и паром пятого регенеративного отбора.

 

 

На рис. 2 изображена схема ТЭЦ с подогревом жидкого топлива обратной сетевой водой. Часть потока обратной сетевой воды направляется в водотопливный подогреватель, где отдает теплоту нагреваемому топливу и далее смешивается с основным потоком. Следует отметить возможность загрязнения теплофикационных вод при нарушении герметичности подогревателя, для исключения этого явления следует давление греющей воды всегда поддерживать выше, чем давлением топлива, либо гидравлически развязать потоки жидкого топлива и обратной сетевой воды. Однако это приведет к необходимости установки двух подогревателей и насосного агрегата, что увеличит капитальные затраты и усложнит эксплуатацию схемы.

Произведен расчет сравнительной энергетической эффективности традиционной (рис. 1) и предложенной (рис. 2) схем разогрева топлива с использованием метода удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении [10]. Принималось, что топливное хозяйство рассматриваемой ТЭЦ оборудовано одним надземным металлическим резервуаром V=20 тыс. м3.

 

Дополнительная электрическая мощность, развиваемая турбоустановкой на тепловом потреблении за счет отборов пара на нужды топливного хозяйства, ΔΝтф, кВт, определяется из выражения:

, (4)

где: крег - коэффициент регенерации (принимается крег=1,16); Dп - расход пара на нужды топливного хозяйства, кг/с; i0, iп - энтальпии острого пара и пара соответствующего отбора, кДж/кг; ηэм - электромеханический КПД турбоустановки (принимается ηэм=0,98).

 

Дополнительная конденсационная электрическая мощность ΔΝ^, кВт, рассчитывается по формуле:

 

, (5)

где iкон - энтальпия пара в конденсаторе турбоустановки, кДж/кг

 

Суммарный прирост электрической мощности ΔΝ,,, кВт, наблюдающийся при внедрении технологии, определяется как сумма:

ΔNэ=ΔN+ΔNKон. (6)

 

Параметры воды и пара в характерных точках цикла работы турбоустановки приняты по данным приложений 4 и 5 [10]. Все остальные компоненты расчета могут быть определены по классическим уравнениям теплообмена и здесь не приводятся. Результаты расчета представлены в табл. 2.

 

 

Весьма перспективным авторам видится использование теплоты пара пятого регенеративного отбора турбин типа Т-100/120-130 (схема «б»). Принципиально возможны два варианта схемы подогрева «б»: непосредственно паром пятого отбора в паротопливном подогревателе и горячей водой, нагретой паром пятого отбора в пароводяном подогревателе. На практике непосредственное использование потока пара пятого отбора может вызвать ряд затруднений: низкое давление не позволяет транспортировать этот поток на большие расстояния, а нарушение герметичности паротопливного подогревателя может привести к загрязнению конденсата нефтепродуктами. Следовательно, более реальным представляется второй вариант данной схемы.

Поскольку по условиям завода-изготовителя максимальный расход пара пятого отбора составляет около 50 т/ч, то при больших количествах резервного топлива его тепловой мощности будет недостаточно. В связи с этим технологически оправданным может оказаться ступенчатый нагрев греющего теплоносителя сначала теплотой обратной сетевой воды, затем паром пятого регенеративного отбора (схема «в»).

Достоинством данной схемы является высокий уровень выработки электроэнергии на тепловом потреблении, т.к. снижается температура обратной сетевой воды, более экономное использование пара пятого регенеративного отбора турбины. Значительно повышается надежность резервного топливоснабжения, уменьшается металлоемкость применяемого оборудования и как следствие капитальные затраты.

Результаты расчета энергетической эффективности с использованием формул (3)-(6) для предлагаемых схем подогрева жидкого топлива «б» и «в» также представлены в табл. 2.

 

Выводы

1. В системах резервного топливоснабжения имеется существенный энергосберегающий потенциал, способный при технически грамотном использовании значительно повысить энергетическую и экономическую эффективность, как топливного хозяйства, так и всего теплоисточника в целом.

2. В целях повышения экономичности резервных топливных хозяйств предлагается заменить мазут на другой вид резервного топлива, например, на топливо печное бытовое, для которого впервые получены зависимости основных теплофизических свойств (плотности, удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности) от температуры.

3. Применение в качестве резервного топлива на котельных и ТЭЦ легкого жидкого топлива, в частности топлива печного бытового, является перспективным и экономически оправданным техническим решением, ввиду существенно меньших энергетических затрат на разогрев такого топлива по сравнению с мазутом, например, для топливного хозяйства Ульяновской ТЭЦ-2 эти затраты меньше в 14 раз.

4. Снижение потребляемой тепловой мощности на нужды резервного топливного хозяйства ТЭЦ требует изменение традиционной схемы разогрева жидкого топлива с переходом на низкопотенциальные теплоносители. Наиболее выгодными теплоносителями являются обратная сетевая вода и пар пятого регенеративного отбора теплофикационных турбин.

5. Наибольший прирост электрической мощности (1589,6 кВт) наблюдается при нагреве ТПБ обратной сетевой водой на ТЭЦ с турбиной ПТ-135/165-130/15.

6. Двухступенчатая схема нагрева ТПБ обратной сетевой водой и паром пятого регенеративного отбора позволяет обеспечить требуемую температуру нагрева топлива при любой температуре обратной сетевой воды и дополнительно получить существенный прирост электрической мощности 1139,4 кВт, в том числе на тепловом потреблении - 86,7 кВт.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Виджет Фейсбук

 

Мы в соцсетях:

rss   фейсбук   твиттер   

 
 
Города в 21 веке
000949662
Сегодня
Вчера
Этот месяц
Всего
311
627
21941
949662

Ваш IP: 54.162.139.105
Server Time: 2017-11-25 13:28:06