Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. Состояние вопроса. Постановка задачи исследования 10
I.T. Перспективные методы обработки воды на ТЭС с сокращенными стоками
I.I.I. Электродиализ Ю
1. 1.2. Обратный осмос 12
I.I.3. Термический метод обессоливания воды 14
I.T.4. Химическое обессоливание 18
1.2. Перспективные способы переработки сбросных вод водоподготовительных установок ТЭС 20
1.3. Термический метод водоподготовки на тепловых электростанциях 26
1.3.1. Испарители, работающие на химически умягченной воде 27
1.3.2. Испарители, работающие на воде прошедшей упрощенную водоподготовку 30
1.4. Постановка задачи исследования 34
Глава вторая. Показатеж эконошчности блочных испарительных установок в системе подогрева сетевой воды 38
2.1. Определение производительности (БИУ)П при изменении режимов работы теплофикационных: турбин, T-I00-I30, Т-І75/2І0-Ї30 38
2.2. Методика учета малых изменений в тепловых схемах теплофикационных турбин, работающих в режимах противодавления 47
2.3. Анализ изменения тепловой экономичности теплофикационных турбин при включении (БИУ)п на различных режимах работы ТГУ 55
2.4. Определение топливной составляющей удельных приведенных затрат на дистиллят от (БИУ)П
для различных регионов СССР 67
2.5. Определение капитальной составляющей удельных приведенных затрат на дистиллят (БИУ)П 73
Глава третья. Общая и тепловая экономичность многоступенчатых испарительных установок поверхностного типа 79
3.1. Методика поверочного расчета многоступенчатой испарительной установки с поверхностными испарителями 83
3.2. Анализ тепловой экономичности многоступенчатых испарительных установок поверхностного типа 92
3.3. Определение капитальной составляющей на дистиллят производимый на (МИУ)П 94
Глава четвертая. Многоступенчатые испарительные установки мгновенного вскипания для производства добавочной воды на ТЭЦ 101
4.1. Включение многоступенчатых испарительных уста новок мгновенного вскипания в тепловую схему ТЭЦ 102
4.2. Определение капитальных затрат на многоступенчатые испарительные установки мгновенного вскипания
4.3. Методика оптимизации параметров МИУШ, включенных в систему подогрева сетевой воды теплофикационных турбин с учетом режимов работы турбоагрегата 114
Глава пятая. Выбор способов водоподготовки для тэц различных типов с учетом переработки сточных вод 137
5.1. Выбор способа переработки сточных вод ВПУ... 137
5.2. Технико-экономическое сопоставление термических и химических методов водоподготовки
для ТЭЦ с сокращенными стоками 142
Выводы. 156
Литература
- Термический метод обессоливания воды
- Методика учета малых изменений в тепловых схемах теплофикационных турбин, работающих в режимах противодавления
- Анализ тепловой экономичности многоступенчатых испарительных установок поверхностного типа
- Определение капитальных затрат на многоступенчатые испарительные установки мгновенного вскипания
Введение к работе
В настоящее время особую актуальность приобрела проблема охраны окружающей среды и, в частности, рационального использования и охраны водных ресурсов.
Вопросы охраны природы рассматривались на ХХІУ и ХХУ съездах КПСС, на которых были приняты постановления, предусматривающие целый комплекс мер по улучшению работы в области охраны окружающей среды /1,2/. Вопросы охраны природы включены в новую Конституцию СССР /3/.
Самой важной проблемой в области охраны окружающей среды, является проблема, связанная с ухудшением качества воды, вызванным сбросом как промышленных, так и бытовых сточных вод в естественные водоемы. При этом огромное количество "чистой" воды расходуется на разбавление этих сбросов до предельно допустимых концентраций сбрасываемых примесей в водоемы.
СССР по обеспеченности водными ресурсами занимает второе (после Бразилии) место в мире. Возобновляемые поверхностные вод-ные ресурсы (речной сток) в СССР составляют около 4,4 тые.км/год.
Наиболее крупными водопользователями являются современные тепловые электрические станции. На выработку I кВт.ч электроэнергии на ГРЭС потребляется до 0,12 т охлаждающей воды, что составляет 97-98 % всей потребляемой станщей воды.
Согласно прогнозу Института географии АН СССР к 2000 году потребление тепловыми электростанциями воды возрастет до 53 % валового потребления воды в стране. При этом объем сточных вод может возрасти более чем в 20 раз./4,5/. К 2000 году, при современном уровне борьбы с загрязнениями источников водоснабжения
СССР, убытки, наносимые водоемам вредными стоками, могут достигнуть 30 млрд.руб. в год, однако с учетом технического прогресса предполагается, что их уровень не превысит 10 млрд.руб./6/. Предотвращение сброса сточных вод в водоемы важно не только с точки зрения экологических цроблем, но и ликвидации тех дополнительных затрат, которые возникают при использовании воды ухудшенного качества в технологических процессах. Так, при использовании на ТЭС воды с жесткостью на I мг-экв/л превышающей жесткость "чистого11 источника удельные затраты на очистку и обработку I м3 воды составят 0,0054 руб./7/.
Водоемы могут быть загрязнены следующими сточными водами от ТЭС:
а) сбросные воды водоподготовительных установок (ВПУ);
б) теплые воды после охлаждения конденсаторов турбин и дру
гих аппаратов;
в) воды, загрязненные нефтепродуктами;
г) воды от отмывки поверхностей нагрева прогенераторов;
д) воды от консервации и химических очисток теплоэнергетиче
ского оборудования.
Наиболее вредное воздействие на флору и фауну водоемов оказывают стоки ВПУ, т.к. они несут с собой химические вещества, которые даже в сравнительно небольшой концентрации предоставляют опасность для живых организмов /7/.
В настоящее время выброс солевых стоков ВПУ в водоемы запрещен. Эти вынужденные организационные меры привели к необходимости создания "бессточной" технологии обработки воды, при этом определились следующие аспекты:
а) усовершенствование традиционных схем водоподготовки с целью сокращения сточных вод с дальнейшей их утилизацией до су-
хих солей и складированием последних в гидроизолированных могильниках;
б) разработка принципиально новых методов обработки воды, позволяющих получать из сточных вод товарную продукцию.
Получение из сточных вод ВПУ товарных солей и вопросы их реализации в настоящее время не вышли за рамки лабораторных исследований. Поэтому основным направлением сокращения стоков в настоящее время следует считать методы, позволяющие в процессе обработки воды иметь минимальное количество сбросных вод.
При проведении расчетов использовались цифровые вычислительные машины.
Настоящая работа посвящена рациональному выбору способа во-доподготовки на ТЭЦ при условии запрета на сброс в водоемы сточных вод. Рассмотрены как традиционные способы водоподготовки, так и новые перспективные, технология которых базируется на образовании минимального количества стоков. Технические решения, полученные в работе относятся ко всем регионам страны, различным типам ТЭЦ и учитывают режимы работы основного оборудования.
\
Термический метод обессоливания воды
Большинство существующих схем подготовки воды на ТЭС основано на применении методов осаждения и обессоливания воды при помощи ионного обмена.
Очередным достоинством этих методов следует признать их высокую надежность, однако они имеют и существенные недостатки: невысокую интенсивность процессов и большой расход реагентов на очистку воды.
Для снижения удельных расходов реагентов на обессоливающей части ВПУ в настоящее время применяются: I) противоточная регенерация Н-катионитных фильтров 1-й ступени; 2) ступенчато-проти-воточное Н-ОН-ионирование воды; 3) повторное использование кислых регенерационных растворов; 4) использование кислых регенера-ционных растворов после Н-катионитных фильтров для "голодной" регенерации катионитных фильтров подпитки теплосетей; 5) применение термической регенерации.
Ряд зарубежных фирм занимается разработкой и широким внедрением установок непрерывного ионного обмена, укомплектованных про-тивоточными фильтрами с подвижным или неподвижным слоем ионитов /34, 35, 37, 38/. На некоторых схемах с такими установками расход реагентов, а значит сброс сточных вод могут быть снижены в 2-3 раза.
Достоинствами установок непрерывного ионного обмена также являются: высокие скорости фильтрирования воды, противоточное движение ионита, потоков воды и регенерационного раствора, практическая непрерывность процесса.
Значительно ниже обычного расход реагентов на установках высокоскростного обессоливания воды (скоростной противоток и метод "Прогрессив МОУД"). Этот метод предусматривает технологию, рассчитанную на максимальное использование регенерирующих реагентов и низкие капитальные затраты на иониты; она осуществляется путем управления потоками воды и растворов реагентов через неподвижные слои реагентов /40, 41/.
За рубежом применяется также метод Стрэтабед, этот метод отличается пониженными расходами реагентов на регенерацию и портативность применяемой аппаратуры.
Новые экономичные схемы обессоливания воды, такие как Стрэтабед, системы с модифицированными и смешанными слоями и т.д. требуют новых марок ионитов с улучшенными кинетическими характеристиками, производство которых не освоено в нашей стране по разным причинам, в том числе из-за недостатка сырья и нехватки производительных мощностей.
Таким образом, рассмотренные методы химического обессоливания, несмотря на всю свою привлекательность, по всей видимости, не найдут широкого применения на отечественных ТХ.
В АзИСИ была разработана, теоретически и экспериментально обоснована технология химобеесоливания вода, которая позволила резко сократить количество обросов /42, 43, 44/.
Суть разработанной технологии базируется на описанной выше бессточной технологии умягчения воды, при этом соответствующий подбор конструктивных и технологических параметров в процессе восстановления ионитов приводит к существенному повышению степени использования обменных емкостей при одновременной возможности снижения расхода реагентов на регенерацию до теоретически необходимого, вследствии чего сокращаются агрессивные стоки. При этой технологии в Н-катионируемой воде присутствуют только ионы натрия и поэтому использование двухпоточно-противоточной конструкции фильтров позволяет повысить используемую обменную емкость катио-нитов в 1,5-Е раза при снижении кратности расхода кислоты на регенерацию в 2-3 раза, по сравнению с широко используемыми технологиями.
В таблице I.I приведены результаты сравнений традиционного химического обессоливания с термическими методами обессоливания и химическим методом обессоливания по технологиям, предложенным АзИСИ /45/.
Анализ результатов исследования,представленных в таблице, показывает, что с экологической точки бесспорное преимущество имеет термический способ подготовки добавочной воды, вместе с тем резкое сокращение сбросных вод повышает конкурентоспособность химического обессоливания воды по схеме АзИСИ.
Методика учета малых изменений в тепловых схемах теплофикационных турбин, работающих в режимах противодавления
Рассмотрим метод расчета расходного коэффициента для каскадной ступени рис.2.9. Сравнивая тепловые схемы до и после изменения и применяя рассуждения аналогичные примененным для узловой ступени получим, что изменение расхода свежего пара склады-вается из изменений отборов от ступени j -І по ступень П. , i=n т.е. - д2) 2 ; » изменения расхода пара из j -того отбора - Л 50; и изменений величин отборов J - 1 и j - і. Последние изменения связаны с вытеснением потоков греющего пара из ступеней подогрева j -Iх и j - I из-за увеличения рас хода дренажа с j -того подогревателя на величину Aftj . Вытес ненный поток пара равен Д Х ФІ Q ї гДе Л1І " разность энтальпий нагреваемой в { -ом подогревателе воды. Та ким образом, выражение для изменения расхода свежего пара прини мает вид Ln "
Некоторая сложность возникает при выводе формулы расходного коэффициента для нижнего теплофикационного отбора турбины с двумя теплофикационными отборами рис.2.8. Как видно из схемы, увеличение дренажа с СП-І (в режиме противодавления ПНД-І отключен) вызывает увеличение расхода свежего пара как для узловой ступени, т.е.
Но увеличение величины нижнего теплофикационного отбора, вызываемое отводом тепла, приводит к увеличению пропуска пара через теплофикационный отсек турбины, а значит к уменьшению давления в рассматриваемом отборе. Уменьшение давления приводит к уменьшению нагрева воды в СП-І и соответствующему уменьшению расхода пара на него - Л 2)сп1 . Тогда суммарное изменение расхода пара из нижнего теплофикационного отбора составит
Уменьшение тепловой нагрузки СП-І ведет к увеличению на такую же величину тепловой нагрузки СП-2 и соответствующему увеличению расхода пара из верхнего теплофикационного отбора
Изменение величины верхнего теплофикационного отбора вызывает дополнительное повышение расхода свежего пара. Суммарное изменение расхода свежего пара можно представить в следующем виде ДЙ0= Ч , д»сп2+ Ч , Д»СП1 = 4 2 ДЭСП1 \ + дЭ н Tl AS HVW2 Tv Таким образом, с учетом изменения давления в отборе расходный коэффициент ддя нижнего теплофикационного отбора принимает вид ср =ср_ А%)СП1 / Зі_фЛ но с учетом того, что 1 у Входящая в формулу (2.9) доля отбора на ІВД-2 -сз(„ не является постоянной величиной и зависит от тепловой нагрузки турбоагрегата и давления в верхнем теплофикационном отборе. - 55 Поэтому ее необходимо рассчитывать: 2 2)о 2Ь Величина SD может быть определена при уменьшившемся давлении в отборе следующим образом где 3D исх- величина отбора в исходной схеме без изменений.
Таким образом, предложенная методика позволяет по рассчитанным расходным коэффициентам (см.табл.2.1) легко определить при малых изменениях тепловой схемы изменения электрической мощности и расхода тепла на турбоустановку.
Анализ изменения тепловой экономичности теплофикационных турбин при включении (БИУ)П на различных режимах работы ТГУ
Эффективность (БИУ)П, включенной в систему подогрева сетевой воды невозможно определить без учета режимов работы турбоагрегата. Все многообразие режимов работы турбоустановки условно можно разделить на несколько групп в зависимости от температуры наружного воздуха - tHt» для которых расчетные зависимости топливной составляющей удельных приведенных затрат будут иметь неизменную форму.
Методика учета режимов работы является общей и справедливой для любых тепловых и температурных графиков отпуска тепла от отопительных ТЭЦ с турбинами T-I00-I30 и T-I75-I30. Рассмотрим ее на примере графиков представленных на рис.2.2 применительно к условиям гор.Москвы.
Анализ тепловой экономичности многоступенчатых испарительных установок поверхностного типа
Как отмечалось, (МИУ)П питаемые катионированной водой включаются на промышленный отбор турбин типа ПТ.
Для подогрева и деаэрации возвращаемого конденсата производственного отбора и добавочной воды (с учетом турбин противодавления, установленных на ТЭЦ) в схемах турбин типа ПТ, предусмотрена возможность использования пара обоих отопительных отборов, нерегулируемого отбора после 16-ой ступени, а также отработавшего пара, поступающего в конденсатор. Как правило в схемах этих турбин предусмотрен деаэратор Д-1,2, который подключен по пару на тепловой экономичности турбоагрегата при включении (УШ} проводится на примере турбины ПТ-І35/І65-І30/І5. Исходным вариантом является схема, когда химически обессоленная нерегулируемый отбор после 16-ой ступени /131/. Анализ изменения вода подводится в деаэратор Д-1,2.
Рассмотрим изменения, которые возникают в турбоустановке при включении (МИУ)П на промышленный отбор турбины.
1) Снижение мощности турбоагрегата из-за уменьшения расхода пара в проточной части турбины между отбором греющего пара на (МИУ))П и конденсатором турбины д N1 = -Ъг? [(ігр-Ік)- Ai]t,16-f0?МВт здесь 5$гр - расход греющего пара на (МЙУ)П, т/ч гр к "" энтальпии греющего пара и пара в конденсаторе, соответственно, ккал/кг 8 - коэффициенты изменения мощности в отборах пара турбины на ПНД Д t - приросты энтальпий в ступенях подогрева ІВД
2) Использование в системе регенерации турбоустановки тепла конденсата греющего пара, подаваемого в деаэратор Д-6 позволяет получить дополнительную мощность: дМ2 = 55 (1 - i. 4yi,i6-l0-s , МВт здесь го 9 ц " энтальпии конденсата греющего пара и основного конденсата на входе в Д-б, соответственно, ккал/кг; R - коэффициент изменения мощности пятого отбора пара.
3) Так как дистиллят и химически обессоленная вода подаются непосредственно в деаэратор Д-1,2, то по сравнению с исходной схемой имеет место увеличение мощности:
Возможен случай, когде (МИУ)П не использует все тепло греющего пара и при предположении, что все избыточное тепло последней ступени используется в тепловой схеме ТЭЦ, замещая пар теплофикационного отбора, тогда имеет место некоторое увеличение мощности, однако многочисленные расчеты показали, что величина в этом случае очень мало сказывается на суммарное изменение мощности и в расчетах ею можно пренебречь.
Таким образом суммарное изменение мощности при включении (МИУ)П будет:
Пользуясь выше приведенными зависимостями определения AN было рассчитано А Ц Для определения топливной составляющей на дистиллят производимый (МИУ)П использовалось выражение: т= К0П/М здесь ЗРЭЭ- замыкающие затраты на электроэнергию, коп/КВт ч йиу- производительность испарительной установки, м уч Результаты расчетов приведены в таблицах 3.2 и 3.3.
В качестве типовой (МИУ)П для оценки капитальных затрат принято (МИУ)П, рекомендованная в /87/ рис.3.3, состоящая из шести испарителей поверхностного типа. Броме затрат на основное и вспомогательное.оборудование в этом случае необходимо учитывать и затраты на строительную часть установки, т.к. неучет этого фактора может привести к существенным погрешностям при определении
Для оценки строительной части (МИУ)П был проведен анализ сметной части большого количества технических проектов, а также изучены компоновочные данные по существующим (МИУ)П. Анализ этих данных показал, что строительная часть (ШУ)П может быть оценена в 30 % от общей стоимости испарительной установки. Таким образом, суммарные затраты на (МИУ)П КЕ,(ми«» = К стр К ос.оБ + К fccn.oS 3-9 здесь: КСТр = 0,3 х 2(МИУ П " затРаты на строительную часть капитальные затраты на основное оборудование W =0,85 К т затраты на вспомогательное оборудование(МИУ )п 6сп.о5 ос.оо Выражение (3.9 ) легко преобразуется к виду г\2(миу)П 0,7 oc.oS Используя зависимость (ЗЛО.) были рассчитаны капитальные затраты на (МИУ)П с аппаратами различных типоразмеров.
Определение капитальных затрат на многоступенчатые испарительные установки мгновенного вскипания
Затраты на циркуляционные насосы в і -ом режиме работы турбины КмйС можно представить как: Угки- расход охлаждающей воды в регенеративные подогреватели (конденсаторы) в t -ом режиме работы установки, рис.4.II. &0 К - расход и затраты, соответственно, насоса, выбранного за аналог; ІП - показатель стенки (в расчетах принимается m = 0,5).
В расчетах расход охлаждающей воды Ф и принят равным расходу прямой сетевой воды в первую ступень - &и . Это приводит к равенству температурных напоров по ступеням, и, следовательно, равной производительности и поверхности ступеней.
Как уже отмечалось, расход охлаждающей воды на і -ом режиме работы турбоустановки - GKUсущественно может отличаться от расхода охлаждающей воды, на і + I режиме, посколько Q. Q и т.д. Циркуляционные насосы должны выбираться на максимальный расход прямой сетевой воды в ступени испарения и обратной сетевой воды в регенеративные подогреватели, т.е.
При определении капитальной составляющей необходимо учесть увеличение стоимости основного оборудования (испарителя, конденсатора испарителя, циркуляционных насосов) в связи с расходами на монтаж, трубопроводы, арматуру, приборы КИП, автоматику, металлоконструкции и прочее. Для больших типоразмеров испарителей коэффициент удорожания принимается равным 1.85.
Таким образом капитальная составляющая переменной части удельных приведенных затрат на подготовку І т дистиллята на
Включение МИУМВ в систему сетевой воды оказывает влияние на тепловую экономичность турбоагрегата, причем это влияние может быть самым различным в зависимости от режима работы турбоагрегата. Для определения топливной составляющей у.п.з. на производство дистиллята при помощи МИУМВ можно воспользоваться предложенной в 2.2 методикой. Рассмотрим факторы, влияющие на тепловую экономичность турбоустановки при включении МИУМВ.
При работе турбоагрегата по тепловому графику на і -ом участке мощность его можно представить в виде функциональной зависимости: Ma=i(QlT-O.V)
Включение МИУМВ в систему сетевой воды не должно влиять на величину тепловой нагрузки в рассматриваемом і -ом участке, поскольку величина тепловой нагрузки определяется потребителем, следовательно Q = Q 1 , где QT - тепловая нагрузка турбины после включения МИУМВ. Выполнение этого условия возможно лишь в том случае, если температура прямой сетевой воды до смешения с потоком охлаждающей воды - і. 1 будет выше температу-ры прямой сетевой воды, отдаваемой потребителю т. nc . Для этого необходимо несколько поднять давление в теплофикационных отборах турбины. Расход сетевой воды от включения МИУМВ не изменяется на протяжении і -го режима, посколько ки= &и Сброс, неиспарившейся в последней ступени испарения прямой сетевой воды, в линию обратной сетевой воды приведет к увеличению температуры обратной сетевой воды от значения "ЬосДО значения "t 0Q . Причем равенство Стки = Сги приведет к равенству l =t l„„. На рис.4.II турбоагрегат условно разбит QC ос ПС пі, на три отсека: Отсек I (ступени I-2I, до верхнего теплофикационного отбора при давлении Р ) Отсек П (ступени 22-23 между верхним и нижним теплофикационными отборами при давлениях р и р ) Отсек Ш (ступени 24-25, или ступени ЧНД)
Изменение электрической мощности турбоагрегата от включе ния МИУМВ при постоянном расходе свежего пара Ф0 будет иметь ВИД: .. ..1-2.1 кі 22-23, к4нт 1-І ь Как показывают результаты испытаний турбоагрегата T-I00-I30, приведенные в /ИЗ/, значениями A NJ: " иДІ\І можно пренебречь как величинами второго порядка малости.
