автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Исследование и разработка подходов к проектированию водоподготовительных установок для парогазовых ТЭС

005556567

На правах рукописи

Гавриленко Сергей Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПОДХОДОВ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ПАРОГАЗОВЫХ ТЭС

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 ДЕК 2014

Москва-2014

005556567

Работа выполнена на кафедре Технологии воды и топлива ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор кафедры

ТЭС ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», г. Москва Очков Валерий Федорович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Кафедры

химии и химических технологий в энергетике ФГБОУ ВПО «ИГЭУ», г. Иваново Ларин Борис Михайлович

- кандидат технических наук, генеральный директор ЗАО «НПК Медиана-Фильтр», г. Москва Жадан Александр Владимирович

Ведущая организация: Открытое акционерное общество

«Всероссийский дважды ордена трудового красного знамени теплотехнический научно-исследовательский институт» (ОАО «ВТИ»), г. Москва

Защита состоится «24» декабря 2014 года, в 16 час. 00 мин. в Малом актовом зале НИУ «МЭИ» на заседании диссертационного совета Д 212.157.07 при ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ» по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

Отзывы на автореферат ' (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», Ученый совет ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» и на сайте www.mpei.ru.

Автореферат разослан «¿7» •// 2014г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность работы. В первом десятилетии XXI века в России при проектировании новых электростанций предпочтение отдается энергоблокам, основанным на парогазовых технологиях. Это касается как нового строительства, так и замещения выводимых из строя энергоблоков. При этом требования к качеству добавочной воды для подпитки пароводяного контура ПТУ предъявляются особенно высокие. Подготовка глубоко обессоленной воды на существующих водоподготовительных установках ТЭС, как правило, осуществляется методом ионного обмена, что связано с образованием большого количества высоко минерализованных сточных вод.

В настоящее время одним из наиболее перспективных и эффективных способов обеспечения необходимых показателей качества обессоленной воды является применение аппаратов, основанных на технологии мембранного разделения. Одновременно большой интерес представляют схемы ВПУ, составленные только из мембранных модулей различного назначения (так называемые интегрированные мембранные технологии - ИМТ: ультрафильтрация, обратный осмос, электродеионизация). Достоинства мембранных технологий связаны с незначительным расходом реагентов, простотой эксплуатации, компактностью оборудования и малым количеством высоко минерализованных сточных вод. Рост привлекательности мембранных технологий (особенно в последние годы) обусловлен повышением цен на реагенты, иониты, исходную воду и связан также с ужесточением норм по засоленным стокам.

Наряду с исследованием возможности применения мембранных технологий при выборе современной технологии водоподготовки актуальной является задача поиска научно-технических подходов к созданию ВПУ, основанных на мембранных технологиях, для ТЭС с парогазовыми энергоблоками блоками, поскольку последние обладают рядом особенностей, влияющими на проектирование ВПУ, а российская НТД в данной области является сильно устаревшей.

Другой важной тенденцией при строительстве современных ТЭС с парогазовыми энергоблоками является применение сухих вентиляторных градирен и воздушных конденсаторов для систем основной охлаждающей воды.

Эти теплообменные аппараты обладают рядом преимуществ перед классическими параболическими градирнями и прямоточными системами -компактностью конструкции, отсутствием продувки и теплового загрязнения водоемов. К основным недостаткам можно отнести повышенную энергопотребление и сложность конструкции (из-за наличия большого числа вентиляторов с крыльчаткой внушительных размеров) и, что особо стоит отметить, более низкий коэффициент теплопередачи, из-за которого в жаркие месяцы происходит недовыработка электроэнергии. Для устранения данной проблемы в сухих вентиляторных градирнях предусматривается распыление

воды для снижения температуры охлаждающего воздуха и получения необходимой температуры циркуляционной воды, в результате чего, поддерживается заданный вакуум в конденсаторе. Распыляемая в градирне вода должна пройти специальную обработку (очистку от механических примесей и обессоливание), так как применение необработанной воды приводит к заносу теплопередающих поверхностей градирни, вследствие чего падает коэффициент теплопередачи, ухудшается вакуум в конденсаторе и происходит недовыработка электроэнергии.

Анализ и разработка схемы подготовки данного типа воды (ввиду отсутствия соответствующих рекомендаций) также является актуальной задачей, результаты которого могут быть использованы для проектирования новых электростанций, использующих такую технологию охлаждения циркуляционной воды.

Цель работы. Диссертация посвящена разработке научно-технических подходов к созданию ВПУ на основе современных мембранных технологий для парогазовых ТЭС и разработке подходов к проектированию специализированных ВПУ для систем увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен.

Основными задачами исследования являются:

1. Исследование возможности применения существующих технологий водоподготовки для современных парогазовых ТЭС. Изучение особенностей тепловых схем ЛГУ и влияния их на технологическую схему ВПУ;

2. Разработка подходов к проектированию ВПУ, основанных на современных мембранных технологиях, для парогазовых ТЭС, в том числе предложении новых компоновочных и схемно-технологических решений-

3. Исследование в опытно-промышленных условиях работы 'схемы подготовки воды для подпитки контура ПТУ и теплосети Адлерской ТЭС

4. Разработка подходов к проектированию схем подготовки воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен

Исследование влияния особенностей СВГ на такой тип ВПУ. '

5. Исследование в опытно-промышленных условиях работы схемы подготовки воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен Адлерской ТЭС.

Научная нпничия

- Разработаны подходы к проектированию ВПУ для парогазовых ТЭС позволяющие рационализировать затраты без ущерба для безопасности ТЭС '

-Для водоподготовительной установки, основанной на интегрированных ^ЙГ" ТеХП0Л0ГИЯХ> предложен и рассмотрен коллеюгорно-цепочечный принцип соединения базовых модулей, выработана методология проецирования ВПУ в соответствии с данным принципом, предложен принцип резервирования основного оборудования. Представлено экономическое и технологическое обоснование выбранного подхода. Рассмотрены принципы компоновки основного оборудования для ВПУ, основанных интегрированных мембранных технологиях;

на

- Разработаны подходы к созданию специализированных ВПУ подготовки воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен.

Практическая ценность.

Получены данные результатов внедрения ВПУ для получения обессоленной воды для ПГУ и воды для подпитки теплосети, и ВПУ для установки увлажнения охлаждающего воздуха градирен Адлерской ТЭС.

Разработанные в результате проведенного исследования научно-практические подходы к созданию водоподготовительных установок на базе мембранных технологий для парогазовых ТЭС, компоновочные решения для основного оборудования ВПУ и подходы к проектированию водоподготовительных установок для систем увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен могут быть использованы проектными организациями при создании водоподготовительных установок как для новых ТЭС с парогазовыми энергоблоками, так и при строительстве ПГУ на существующих ТЭС.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методик расчета технологических схем, обоснованностью использованных методик и результатами опытно-промышленных исследований, а также согласованностью полученных результатов с данными, опубликованными в технической литературе.

Личный_вклад автора. Проведен анализ научно-технической

литературы и НТД по рассматриваемой теме. Обработаны и проанализированы результаты опытно-промышленного исследования водоподготовительных установок Адлерской ТЭС. Разработаны подходы к проектированию ВПУ базе на ИМТ для парогазовых ТЭС. Разработаны рекомендации по проектированию специализированных ВПУ подготовки воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен.

Внедрение результатов работы. Результаты исследования использованы при проектировании ВПУ Адлерской ТЭС, выведенной на проектную производительность в ноябре 2012 года, и ВПУ Серовской ГРЭС, пуск которой назначен на 2015 год. Автор диссертации принимал в этом участие.

Апробация. Результаты работы докладывались на XVIII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», XIX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 5-м Водно-химическом форуме (2012 г., Москва).

Публикации. Всего по результатам исследований опубликовано 9 научных работ, из них 3 статьи в журналах, входящим в перечень ВАК РФ.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методология проектирования ВПУ на базе интегрированных мембранных технологий для парогазовых ТЭС, позволяющая рационализировать затраты без ущерба для безопасности работы ТЭС.

2. Коллекторно-цепочечный принцип соединения базовых модулей водоподготовительной установки, основанной на интегрированных мембранных технологиях, а также методология проектирования ВПУ в соответствии с данным принципом. Принципы резервирования основного оборудования ВПУ.

3. Методология проектирования специализированных ВПУ подготовки воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен.

4. Результаты опытно-промышленных исследований водоподготовительных установок, эксплуатирующих мембранные технологии, для парогазовых ТЭС.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Основной материал изложен на 107 страницах, включает 40 рисунков, 12 таблиц. Список литературы включает 89 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой задачи, формулируется общая цель работы, указана научная новизна и практическая значимость.

В первой главе представлен обзор литературных данных по рассматриваемым задачам исследования. Проведен обзор основных технологий водоподготовки на ТЭС, рассмотрены их достоинства и недостатки. В рамках решения проблемы подготовки воды для увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен выполнен обзор типов систем охлаждения конденсаторов и проблем, возникающих при использовании каждого типа. Описаны основные особенности конструкции сухих вентиляторных градирен.

При подготовке глубоко обессоленной воды для подпотки конденсатно-питательного тракта энергоблоков ТЭС в России обычно применяются «традиционные» технологии: для предварительной очистки - известкование с коагуляцией либо только коагуляция в осветлителе, для обессоливания -фильтрование на ионообменных фильтрах. При этом основные нормативные документы, регламентирующие проектирование ВПУ для ТЭС, как правило, не содержат конкретных рекомендаций по применению мембранных технологий и не распространяются на парогазовые энергоблоки. В основном документе для проектирования ВНТП 81 сказано только, что «химическое обессоливание при необходимости совмещается с мембранными методами». Поэтому при внедрении мембранных технологий при строительстве парогазовых ТЭС, проектировщики зачастую пытаются применять «классические» подходы, что часто ведет к неудачным технологическим и компоновочным решениям.

Несмотря на достаточно большой опьгг использования мембранных технологий в отечественной энергетике, их внедрение зачастую носит «экспериментальный» и несистемный характер, что делает проблему поиска

подходов к созданию ВПУ на основе мембранных технологий для современных парогазовых ТЭС актуальной задачей.

В тоже время для систем охлаждения конденсаторов турбин, в т. ч. для парогазовых энергоблоков, активно используются сухие вентиляторные градирни. Лишенные недостатков традиционных систем охлаждения они имеют существенный недостаток - низкий коэффициент теплоотдачи. Поэтому в жаркое время года требуется распыление специально подготовленной воды для поддержания постоянной температуры циркуляционной воды.

В России практически отсутствует опыт создания подобных ВПУ, равно как и литературные публикации по данной тематике, в связи с чем данный вопрос представляет особый интерес.

По результатам первой главы обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе рассматриваются научно-технические подходы к созданию ВПУ для современных ТЭС с парогазовыми энергоблоками.

Особенности тепловых схем ПГУ. В настоящее время в энергетике реализованы различные тепловые схемы ПГУ, которые имеют свои особенности в технологическом процессе. При этом наибольшее распространение 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 совершает работу в паровой турбине, после чего конденсируется и в виде воды возвращается в КУ. Для современных ПГУ характерно наличие 2-3 контуров генерации пара и его промежуточного перегрева, организуемых для более глубокого охлаждения уходящих газов. Для выявления особенностей таких тепловых схем ПГУ и влияния их на ВПУ автором рассмотрены тепловые схемы блока ПГУ-180Т Адлерской ТЭС, выведенной на проекгпую мощность в январе 2013 года, и блока ПГУ-420 Серовской ГРЭС, пуск которой планируется на 2015 год.

В работе показано, что при проектировании ВПУ для подпитки пароводяного тракта ПГУ, одной из первых встает проблема определения производительности ВПУ, поскольку большинство отечественных нормативных документов касающихся проектирования ТЭС, не распространяется на проектирование ВПУ для ПГУ. Для решения этой задачи автором использована методика, изложенная в СТО 70238424.27.100.013-2009 (СТО 70238424.27.100.013-2009 нормативный документ, разработан ОАО «ВТИ» с учетом стандартов AWWA (Американская ассоциация водоподготовки) и ASME (Американское общество инженеров-механиков)).

Проведенный сравнительный расчет показал, что при равной мощности, подпитка пароводяного тракта КУ ПГУ будет в 4 раза меньше, чем у традиционной ТЭС. Таким образом, что первой особенностью ВПУ для ТЭС с парогазовыми блоками является малое значение расхода добавочной воды для подпитки котлов.

Другой важнейшей особенностью ВПУ для парогазовых ТЭС является качество обессоленной воды, подаваемой на подпитку КУ, которое выше, чем

для блоков с барабанными котлами соответствующего давления и прямоточных котлов. В табл. 1 приведены значения норм качества добавочной воды для барабанных котлов давлением 13,8 МПа и прямоточных котлов (согласно ПТЭ, 2003 г.), а также котлов-утилизаторов независимо от давления (согласно СТО 7023 8424.27.100.013 -2009).

Таблица 1

Значения норм качества добавочной воды для подпитки котлов

Показатель Барабанные котлы (13,8 МПа) Прямоточные котлы Котлы-утилизаторы

Общая жесткость, мкг-экв/дм3 1 0,2 отсутствие

Содержание кремниевой кислоты, мкг/дм3 100 20 20

Содержание соединений натрия, мкг/дм3 80 15 10

Удельная электрическая проводимость, мкСм/см 2,0 0,5 0,2

Общий органический углерод (TOC), мкг/дм3 Не нормируется Не нормируется 300

В работе отмечено: проведенные ОАО «ВТИ» исследования показали, что на существующих ВПУ, работающих по «традиционной» схеме трехступенчатого обессоливания, содержание органики в глубоко обессоленной воде находится в пределах 300-500 мкг/дм3, что не удовлетворяет приведенным в табл. 1 показателям и влечет за собой необходимость применения мембранных технологий для ВПУ парогазовых ТЭС.

Выбор современной технологии водоподготовки для подпитки котлов-утилизаторов ПГУ. В диссертационной работе рассмотрен выбор современной технологии водоподготовки для получения обессоленной воды для подпитки контура КУ ПГУ. С использованием результатов обзора литературных источников исследована возможность применения интегрированных мембранных технологий.

Для получения обессоленной воды необходимого качества (см. табл. 1) на водоподготовительной установке, основанной на «традиционной» технологии, необходимо применить схему водоподготовки, изображенную на рис. 1. Рекомендации по применению данной схемы подробно описаны в ВНТП 81.

Основная часть водоподготовигельных установок на ТЭС, действующих в России, построены в XX веке по данной «традиционной» схеме, включающей осветлитель с известкованием и коагуляцией, либо только с коагуляцией, механические фильтры с соответствующей загрузкой, одну или две ступени обессоливания и ФСД. Несмотря на возможность оптимизации работы данной схемы с целью сокращения расхода реагентов, на сегодняшний день она является морально устаревшей.

Б« воэрбввякремвже!

Рис. 1. «Традиционная» схема подготовки глубоко обессоленной воды

В работе показано, что последовательная обоснованная замена Н-катионитного и ОН-анионитного фильтров первой ступени на установку обратного осмоса первой ступени (У001), осветлителя и механических фильтров на установку ультрафильтрации (УУФ), связки НП-ОНП-ФСД на установку электродеионизации (УЭДИ) и установку обратного осмоса второй ступени (УУ02) перед последней, позволяет получить схему ВПУ, основанную полностью на мембранных технологиях (см. рис. 2).

На сарае На сброс

Рис.2. Принципиальная схема ВПУ, основанной на интегрированных мембранных технологиях

На основании проведенного автором комплексного исследования опыта применения мембранных технологий в энергетике (с учётом достоинства и недостатков различных технологий подготовки воды и их взаимосвязи) сделан вывод, что создание ВПУ, состоящей только из установок, основанных на технологии мембранного разделения - ультрафильтрации, обратного осмоса, электродеионизации (т.е. применение концепции интегрированных мембранных технологий) - наиболее целесообразно в случае применения мембранных технологий для ВПУ вновь строящихся парогазовых ТЭС.

Разработка схемно-технологтеских решений ВПУ на базе интегрированных мембранных технологий для парогазовых ТЭС. После определения методов водоподготовки при дальнейшем проектировании схемы ВПУ, основанной на интегрированных мембранных технологиях, в диссертационной работе рассмотрен вопрос о принципе соединения различных базовых установок между собой и с другими элементами схемы. Для решения данной задачи автором предложен коллекторно-цепочечный принцип соединения (см. рис. 3).

Рис.3. Схема ВПУ для получения обессоленной воды, соединенная в соответствии с коллекторно-цепочечным принципом

Водоподготовительная установка, спроектированная по коллекторно-цепочечному принципу, работает по следующей схеме: исходная вода проходит очистку на установке дисковой фильтрации, где задерживаются взвешенные вещества размером крупнее 200 мкм. За дисковыми фильтрами в воду добавляется коагулянт, после чего она в течение относительно непродолжительного времени выдерживается в баках коагулированной воды, и далее подается на УУФ. Очищенная вода после УУФ собирается в баках осветленной воды, из которых подкачивающими насосами подается на У001. Для борьбы с образованием минеральных отложений на мембранах перед У 001 предусматривается дозирование раствора антискаланта, а для предотвращения попадания на мембранные элементы свободного хлора -дозирование раствора бисульфита натрия.

Пермеат, полученный на У001, проходит декарбонизацию и собирается в баки пермеата. Концентрат У001 сбрасывается в канализацию.

Базовые модули УУФ и У001 объединяются по коллекторному принципу, т.е. вода через входной коллектор распределяется по модулям одной группы, а затем на выходном коллекторе собирается в один поток. Данный подход связан с тем, что УУФ и У001 работают в наиболее стрессовых условиях и для них важны возможность быстрого переключения между модулями (для ремонта или диагностики неисправностей).

Из баков пермеата вода подается на установку У002 и последовательно на УЭДИ, где происходит глубокое обессоливание воды. Для проведения химической декарбонизации на мембранном блоке У002 предусматривается дозирование щелочи в поток воды, поступающей на У002. Концентрат У002 возвращается в баки осветленной воды, а концентрат УЭДИ - в баки пермеата. Полученная на УЭДИ глубоко обессоленная вода подается далее в баки запаса.

Установка обратного осмоса второй ступени и установка элекгродеионизации соединены «цепочкой». При подготовке воды по схеме «цепочка» коллекторы тоже имеются, но их всего два — на входе и на выходе воды из узла водоподготовительной установки. Применение для последних ступеней очистки соединения по принципу «цепочки» позволяет сэкономить на установке вспомогательного оборудования (промежуточных баков, насосов, дополнительной арматуры) и сократить длину межмодульных трубопроводов.

Резервируется при таком способе соединения вся «цепочка». Применение цепочки для У002 и УЭДИ обоснованно тем, что исходной водой для нее является пермеат установки обратного осмоса первой ступени, что существенно повышает надежность схемы и позволяет уменьшить количество резервируемого оборудования.

Предлагаемый автором принцип проектирования установок водоподготовки по коллекторно-цепочечному принципу уже применяется на практике, и был использован для создания ВПУ Адлерской ТЭС (запущена в 2012 г. и подробно рассмотрена в главе 3 диссертационной работы), Серовской ГРЭС, Краснодарской ТЭЦ.

Экономическое обоснование вышеописанного подхода к проектированию водоподготовительных установок на базе интегрированных мембранных установок проиллюстрировано на рис. 4, на котором представлен характер зависимости удельных капитальных затрат на строительстве ВПУ от требуемой производительности.

Проведенное расчетное исследование показало, что с ростом производительности водоподготовительной установки удельные капитальные затраты снижаются.

Это связанно с тем, что стоимость вспомогательного

оборудования (емкости, установки дозирования, трубы, арматура) не сильно зависят от

производительности по обессоленной воде.

При обеспечении требований надежности и технологической устойчивости схемы водоподготовки важным является вопрос

резервирования основного

оборудования ВПУ.

Для обеспечения необходимого уровня стабильности работы ВПУ на базе ИМТ автором в диссертации предложен подход к выбору количества резервируемого

оборудования.

Кап. затраты, тыс. руб / мУч

Рис. 4. Зависимость удельных капитальных затрат при строительстве ВПУ на базе ИМТ от производительности

Общее число проектируемых базовых блоков (Мпроектное) с учетом предлагаемого уровня резервирования будет следующим:

1. Для установки ультрафильтрации Мпроектное > Крабочее +2.

2. Для установки обратного осмоса первой ступени Ыпроекгное > Ырабочее +2.

3. Для установки обратного осмоса второй ступени Ыпроектное > Ырабочее +1.

4. Для установки электродеионизации Ыпроектное > Ырабочее +1.

Для У002 и УЭДИ уменьшение количества резервируемого оборудования объясняется тем, что надежность их работы обеспечивается при помощи У001 и УУФ, высокое качество воды после которых позволяет эксплуатировать У002 и УЭДИ в условиях пониженного риска.

Если оценивать значения Ыпроектное и Ырабочее с точки зрения экономических параметров (капитальные затраты), то расчетные исследования показывают, что для принятого уровня резервирования наблюдается зависимость, изображенная на рис. 5. Из графика видно, что с ростом количества базовых блоков значение капитальных затрат вначале падает, проходит минимальное значение и затем растет.

Предлагаемый автором принцип резервирования позволяет обеспечить достаточный уровень резервирования без ущерба для общей надежности схемы.

Кап. затраты, гас. руб

15000

.сумма S04+CI, мг-эга/дм'

1200

9000

6000

5 10 15

Количество базовых блоков Ыраб, шт

Рис. 5. График зависимости капитальных затрат от количества базовых блоков, находящихся в работе

,0.6 1. 2_ 3.5 7.3

ИС 1,2+ФСД

\УОО!Д +УЭДИ

75 280 650

общее солесодержание, мг/дм'

Рис. 6. График зависимости эксплуатационных расходов на обессоливание в зависимости от солесодержания

График зависимости эксплуатационных расходов на обессоливание в зависимости от солесодержания для схемы 3-х ступенчатого обессоливания (И01.2+ФСД) и схемы полностью мембранного обессоливания (УОО1,2+УЭДИ) для ВПУ малой производительности (принята 30 м3/ч по глубоко обессоленной воде) представлен на рис. 6.

Характер зависимостей связан с тем, что для технологии ионообменного обессоливания количество реагентов для регенерации (которые вносят основной вклад в эксплуатационные расходы) сильно зависит от солесодержания очищаемой воды. Для мембранной технологии такой сильной зависимости не наблюдается. При повышении солесодержания увеличивается осмотическое давление, поэтому необходимо поднять рабочее давление насоса, что приводит к большему расходу электроэнергии. Также происходит увеличение дозы антискаланта и частоты промывок мембран. Однако, по сравнению с необходимым увеличением расходов реагентов в схеме ионообменного обессоливания для мембранных установок увеличение эксплуатационных затрат гораздо меньше.

Таким образом, применение мембранных технологий эффективно с точки зрения эксплуатационных затрат во всем исследованном диапазоне качества исходной воды.

Однако необходимо отметить, что в зависимости от конкретного района строительства ВПУ, местных цен на электроэнергию, иониты, мембраны, реагенты и их доставку ионообменные технологии все же могут оказаться предпочтительнее мембранных при низком солесодержании исходной воды (менее 100 мг/дм3).

Схемно-технологические решения ВПУ комбинированных схем получения обессоленной воды для подпитки КУ и воды для подпитки теплосети. Одним из основных достоинств комбинирования схемы обессоливания и схемы получения подпиточной воды теплосети является возможность создания общего резерва оборудования обеих схем и, как результат, уменьшения количества устанавливаемых аппаратов. В работе рассмотрены варианты комбинирования схем получения обессоленной воды и воды для подпитки теплосети, их особенности и недостатки. В работе отмечено, что создание комбинированной ВПУ на базе интегрированных мембранных технологий возможно при условии близости значений расходов воды на подпитку теплосети и пароводяного тракта котлов-утилизаторов.

Разновидностью комбинированной схемы ВПУ подпитки котлов и теплосети является водоподготовительная установка Адлерской ТЭС, подробное рассмотрение которой проводится автором в главе 3.

Подходы к разработке компоновочных решений зданий ХВО для вновь строящихся электростанций с блоками ПГУ. В работе рассмотрены различные варианты компоновочных решений для ВПУ, основанных на шггегрированных мембранных технологиях. На основании анализа опыта проектирования различных ТЭС с блоками ПГУ с использованием современных мембранных технологий водоподготовки, автором рассмотрены подходы для разработки компоновочных решений здания химводоочистки, учитывающие влияние конструкции устанавливаемого оборудования и применяемых технологических схем (объединение различных функциональных участков здания, целесообразность 2-х этажной компоновки здания ХВО, уменьшение складов реагентов и др.).

На основании выбранного подхода автором разработано компоновочное решение здания химводоочистки, учитывающее особенности коллекторно-

цепочечного принципа соединения блоков ВПУ и предложенного принципа резервирования, ранее рассмотренных в главе 2 (изображено рис. 7).

В отсутствие документов, регламентирующих вопрос о принципах компоновки оборудования ВПУ для парогазовых ТЭС, данное компоновочное решение может рассматриваться как унифицированное для ВПУ малой производительности.

Нзсосное отделение с Оборудование Склады реагентов и

баковым хозяйством мембранной технологии вспомогатепьныепомещения

Рис. 7 Компоновочное решение здания химводоочистки для ВПУ малой производительности

В третьей главе, в качестве обеспечения достоверности защищаемого подхода к проектированию ВПУ на базе ИМТ, представлены результаты опытно-промышленного исследования комбинированной схемы подготовки воды для подпитки КУ и теплосети Адлерской ТЭС.

Схема ВПУ Адлерской ТЭС приведена на рис. 8. Следует отметить, что ВПУ Адлерской ТЭС является одной из первых в России, где, в таком составе,

были применены интегрированные мембранные технологии: а именно: для технологической устойчивости схемы было принято решение запроектировать 2-х ступенчатую установку обратного осмоса с 2-х ступенчатой декарбонизацией. До этого на ТЭС в подобных схемах на основе интегрированных мембранных технологий, как правило, применялся одноступенчатый обратный осмос.

Рис. 8. Принципиальная схема ВПУ для получения обессоленной воды для подпитки котлов и воды для подпитки теплосети Адлерской ТЭС

На установке ультрафильтрации происходит удаление взвешенных и коллоидных веществ, что позволяет получить фильтрат с коллоидным индексом вШ от 0,9 до 3, что увеличивает удельный съем пермеата с мембран установки обратного осмоса первой ступени и снижает частоту химических моек У001. На У001 происходит удаление 96-98% растворенных солей. Применение в качестве финишной очистки установки электродеионизации позволяет получить воду, удовлетворяющую требованиям для подпитки котлов-утилизаторов, а установка обратного осмоса второй ступени служит как для подготовки воды требуемого качества перед УЭДИ, так и для защиты от возможных нарушений работы У001. Производительность ВПУ по глубоко обессоленной воде равна 15 м3/ч.

Схема получения воды для подпитки закрытой теплосети производительностью 50 м3/ч интегрирована в схему обессоливания. Подпиточная вода получается посредством смешения потоков осветленной воды и пермеата У001 в баках химочищенной воды. Расходы осветленной воды и пермеата автоматически регулируются в зависимости от заданного карбонатного индекса. Смешение потоков воды с различными показателями по жесткости позволяет получить требуемое качество воды для подпитки теплосети.

Подпиточная вода подвергается подщелачиванию до нормируемого значения рН, которое устанавливает организация, эксплуатирующая тепловые сети.

В результате проведения пуско-наладочных работ схема получения химочищенной воды была настроена на режим работы, представленный в таблице 2 (цифры приведены по подпиточной воде, полученной смешением 40 % пермеата У001 и 60% осветленной воды после УУФ).

Таблица 2

Показатели качества воды для подпитки теплосети

Показатели качества Расчетные значения Фактические значения Нормируемые значения

Жесткость кальциевая, мг-экв/дм3 1,22 1,25 -

Щелочность общая, мг-экв/дм3 0,99 1,07 -

Карбонатный индекс, (мг-экв/дм3)2 1,21 1,34 2,1 (при рН=8,7)

ВПУ Адлерской ТЭС была выведена на проектную производительность в ноябре 2012 года. В таблице 3 представлены показатели качества обессоленной воды для подпитки пароводяного тракта ПТУ по итогам года эксплуатации.

Таблица 3

Показатели качества обессоленной воды для подпитки котлов-утилизаторов ПТУ

Показатели качества Нормируемые значения показателей Фактические значения показателей

Удельная электропроводность 0,2 мкСм/см 0,11-0,14 мкСм/см

Содержание натрия 10 мкг/дм3 5,1 мкг/дм3

Содержание кремниевой кислоты 20 мкг/дм3 1,2 мкг/дм3

Общий органический углерод (TOC) 300 мкг/дм3 < 200 мкг/дм3

Исследования показали, что применение интегрированных мембранных технологии для ВПУ подпитки пароводяного цикла ПТУ позволяет получить глубоко обессоленную воду стабильно высокого качества.

В четвертой главе на примере создания ВПУ для системы увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен Адлерской ТЭС автором рассмотрены общие подходы к созданию такого рода схем. Также, в качестве обеспечения достоверности предложенного автором подхода, представлены результаты опытно-промышленного исследования такой схемы водоподготовки на Адлерской ТЭС.

При разработке подходов к выбору схемы ВПУ, автором комплексно рассмотрены наиболее важные особенности работы установки увлажнения, исходя из особенностей которой, разработаны подходы к проектированию схемы ВПУ. Рассмотрены такие факторы как, периодичность и сезонность работы установки увлажнения, качество воды для увлажнения, целесообразность интегрирования данной ВПУ в основную схему подготовки обессоленной воды, проблема утилизации сточных вод, выбор способа предварительной очистки и обессоливания, выбор производительности единичного модуля ВПУ в зависимости от графика водопотребления установки увлажнения.

В результатах исследования, автором отмечена целесообразность применения технологии обратного осмоса для обессоливания. Обоснованы отсутствие необходимости резервирования основного оборудования и возможность применения упрощенной системы предварительной очистки (механические фильтры). Отмечено, что на значение производительности ВПУ оказывают существенное влияние климатические данные конкретного района строительства (температура наружного воздуха).

Рассмотренные особенности были учтены при разработке схемы ВПУ подготовки воды для увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен Адлерской ТЭС, изображенной на рисунке 9.

Рис. 9. Принципиальная схема ВПУ для получения частично-обессоленной воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха в сухих вентиляторных градирнях Адлерской ТЭС

В промышленных условиях исследована следующая схема: для достижения требуемого качества частично обессоленной воды была предусмотрена двухступенчатая установка обратного осмоса (предусмотрены три обратноосмотических установки общей производительностью 80 м3/ч), а в качестве предочистки применены механические фильтры типа ФОВ-2,6-0,6 с двухслойной загрузкой. Такое решение позволяет удешевить предочистку, но увеличивает расходы на химические мойки мембран УОО, что приемлемо, т.к. установка работает не круглогодично. Пермеат со второй ступени обратного

осмоса поступает в баки, из которых происходит подача воды на специальные форсунки, через которые вода распыляется в сухих вентиляторных градирнях.

На рисунке 9 представлены показатели работы двухступенчатой установки обратного осмоса. Анализ результатов позволяет сделать вывод: поскольку при распылении (и хранении) частично-обессоленной воды ее УЭП увеличится за счет насыщения С02, требуемое производителем градирни качество воды (5 мкСм/см) явно является завышении и на практике для подготовки воды для увлажнения охлаждающего воздуха СВГ может быть достаточно одной ступени обратного осмоса.

г

10,0.

6,0

4,0

2,0. 0,5

• • • • •

_ _ _требо ания поставщика градирни _

♦ ♦

1000

1500

Время работы, ч

• - значение УЭП первой ступени УОО

♦ - значение УЭП второй ступени УОО

Рис. 10. Значения удельной электрической проводимости установок обратного осмоса первой и второй ступеней

В таблице 4 представлены усредненные показатели качества частично-обессоленной воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха в сухих вентиляторных градирнях.

Таблица 4

Показатели качества частично-обессоленной воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха в сухих вентиляторных градирнях

Показатели качества Требования поставщика градирни Фактические значения показателей

Удельная электропроводность 5 мкСм/см 1,5 мкСм/см

Показатель рН 6,5-8,0 7,1

Исследования показали, что применение данной схемы подготовки воды позволяет получить частично-обессоленную воду требуемого качества и обеспечить стабильную работу энергоблоков.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнено исследование современных технологий подготовки обессоленной воды, рассмотрены их преимущества и недостатки при создании ВПУ для современных ТЭС.

2. Выполнен анализ типов систем охлаждения конденсаторов турбин, рассмотрены особенности конструкции и эксплуатации сухих вентиляторных градирен с увлажнением охлаждающего воздуха, влияющих на проектирование ВПУ.

3. Рассмотрены особенности тепловых схем ПТУ в аспекте их влияния на схему ВПУ. Показано, что существенными особенностями ВПУ для подпитки КУ является малое значение расхода добавочной воды и ее высокое качество, по определенным параметрам (ТОС=300 мкг/дм3) требующее применения мембранных технологий очистки.

4. Разработаны и обоснованы научно-практические подходы к созданию ВПУ на базе интегрированных мембранных технологиях для парогазовых ТЭС. Доказано, что при внедрении мембранных технологий наиболее целесообразно их комплексное применение для всех ступеней очистки воды.

5. Для ВПУ на базе ИМТ впервые предложен и рассмотрен коллекторно-цепочечный принцип соединения базовых модулей, предложен принцип резервирования основного оборудования. Представлено экономическое и технологическое обоснование выбранного подхода.

6. На примере ВПУ производительностью 30 м3/ч проведено сравнительное расчётное исследование технико-экономических показателей технологий обессоливания, которое показало выгодность применения мембранных технологий в диапазоне солесодержания исходной воды 75-5-650 мг/дм3.

7. На основании анализа опыта проектирования различных водоподготовительных установок для парогазовых ТЭС разработаны подходы для разработки компоновочных и схемно-технологических решений для ВПУ на базе ИМТ. Разработано унифицированное компоновочное решение для ВПУ производительностью 30 м7ч, учитывающее особенности мембранных технологий.

8. Проведен анализ результатов опытно-промышленного исследования работы схемы подготовки воды для подпитки контура ПТУ и теплосети Адлерской ТЭС, который подтвердил, что применение интегрированных мембранных технологий для ВПУ подпитки пароводяного цикла ПТУ позволяет получить глубоко обессоленную воду стабильно высокого качества.

9. Разработаны научно-практические подходы к созданию ВПУ для получения частично-обессоленной воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха в сухих вентиляторных градирнях.

10. На основе анализа результатов опытно-промышленного исследования работы схемы ВПУ для получения частично-обессоленной воды для установки

увлажнения охлаждающего воздуха в сухих вентиляторных градирнях Адлерской ТЭС показана целесообразность применения двухступенчатого обратного осмоса для получения частично-обессоленной воды требуемого качества.

, Основное—содержание_диссертации отражено в следушшит

публикациях: —^—

1. Пантелеев A.A., Очков В.Ф., Орлов К.А., Гавриленко С.С. Подходы к проектированию и оптимизации водоподготовительных установок, основанных на интегрированных мембранных технологиях // Энергосбережение и водоподготовка, №6, 2013, С. 14-18.

2. Очков В.Ф., Гавриленко С.С. Разработка методики проектирования установок подготовки воды для увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен // Энергосбережение и водоподготовка, №2,2014, С. 5-9.

3. Пантелеев A.A., Очков В.Ф., Гавриленко С.С. Схемно-технологические решения водоподготовительных установок на базе интегрированных мембранных технологий для парогазовых ТЭС // Энергосбережение и водоподготовка, №4, 2014, С. 11-17.

4. Очков В.Ф., Гавриленко С.С. Применение интегрированных

ТНШЮгаЙ °ЧИСТКИ В0ДЫ В энеРгетике «а примере Адлерской i ju/ водоснабжение и канализация, № 7-8,2012 г., С 78-83

В Ф" ГаВрИЛеНК° С-С- Комплексное применение мембранных ™™ 0ЧИСТКИ воды в энергетике на примере Адлерской ТЭС // Новое в российской электроэнергетике, № 10,2012 г. С. 26-34.

6. Очков В.Ф., Гавриленко С.С. Сетевой, открытый, интерактивный расчет «классической» схемы обессоливания // Бодо^стка/вЗподГтовка

Водоснабжение, №8, 2010, С. 44-47. ««""даишвы,

В'Ф" ГаЕриленко СС- Программированный выбор фильтров // Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение, №7, 2010, С. 48-50

8. Проблемы подготовки воды для увлажнения охлаждающего воздуха «сухих» вентиляторных градирен / Гавриленко С.С., оЗвф 7ХК международная научно-техническая конференция студентов' и аспират™ «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез^окл. - МосГ.IT!

9. Комплексное применение мембранных технологий очистки волы в энергетике на примере Адлерской ТЭС / Гавриленко С.С., ОчковВФ // ^111 международная научно-техническая конференция студентов и аспиР£тов «Радиоэле^роника, электротехника и энергешка»: Тез^окл - Мос^а Ш2-

Подписано в печать/А //. Ц Заказ Wf Тир. WO Печ л М^

Полиграфический центр НИУ «МЭИ»

Красноказарменная ул., д. 13.