УЧРЕДИТЕЛИ
МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, РОССИЙСКОЕ ОАО ЭНЕРГЕТИКИ
ÈЭЛЕКТРИФИКАЦИИ “ЕЭС РОССИИ”, ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ АССОЦИАЦИЯ “КОРПОРАЦИЯ ЕЭЭК”, НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИРМА “ЭНЕРГОПРОГРЕСС”, РОССИЙСКОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКОВ
ÈЭЛЕКТРОТЕХНИКОВ
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Главный редактор
Ольховский Г.Г.
Зам. главного редактора
Антипов К.М.
Волков Э.П., Денисов В.И., Зотов В.М., Корниенко А.Г., Кощеев Л.А., Ляшенко В.С., Неклепаев Б.Н., Нечаев В.В., Орфеев В.М., Охотин В.Н., Прушинский Б.Я., Ремезов А.Н., Решетов В.И., Савваитов Д.С., Седлов А.С., Соловьева Т.И., Федосеев Б.С., Широкова М.И.
РЕДАКЦИЯ
Зам. главного редактора
Соловьева Т.И.
Ответственный секретарь
Широкова М.И.
Научный редактор
Шишорина Г.Д.
Литературный редактор
Евсеева В.Н.
Секретарь редакции
Васина С.А.
Компьютерный набор
Коновалова О.Ф.
Раздел “Энергохозяйство за рубежом”
Научные редакторы
Алексеев Б.А., Котлер В.Р.
АДРЕС РЕДАКЦИИ
115280, Москва, ул. Ленинская слобода, 23
ТЕЛЕФОНЫ
Редакция
(095) 234-7417, 234-7419
Главный редактор
(095) 275-3483
Ôàêñ
(095) 234-7417
Internet www.energy-journals.ru
E-mail tis@mail.magelan.ru
Сдано в набор 1.09.2003 Подписано в печать 6.10.2003
Формат 60 84 1/8 Бумага офсетная ¹ 1. Печать офсетная
Печ. л. 10. Тираж 2010. Цена свободная
Оригинал-макет выполнен в издательстве “Фолиум”
127238, Москва, Дмитровское ш., 58 Тел/факс: (095) 482-5590, 482-5544, 488-7210 Internet: www.folium.ru
E-mail: prepress@folium.ru
Отпечатано в типографии издательства “Фолиум”
©НТФ “Энергопрогресс”, “Электрические станции”, 2003
Å Æ Å Ì Å Ñ ß × Í Û É Ï Ð Î È Ç Â Î Ä Ñ Ò Â Å Í Í Î - Ò Å Õ Í È × Å Ñ Ê È É Æ Ó Ð Í À Ë
|
I S S N 0 2 0 1 - 4 5 6 4 |
|
Издается |
|
|
с января 1930 |
|
|
|
|
|
К 40-ЛЕТИЮ ТЭЦ-21 ОАО МОСЭНЕРГО |
|
|
Гуськов Ю. Л. У истоков света и тепла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
2 |
|
Тишин А. П., Горюнов И. Т., Гуськов Ю. Л., Баршак Д. А., Преснов Г. В., Турченко В. И., Коржук С. С. Ñî- |
|
|
вершенствование рабочих процессов в топках котлов ТЭЦ-21 на основе применения современ- |
|
|
ных средств численного моделирования термогазодинамических процессов. . . . . . . . . . . |
7 |
|
Соболев В. М., Гуськов Ю. Л. Опыт внедрения инновационных технологий ТЭЦ-21 ОАО Мосэнерго |
|
|
на примере освоения горелок ЗАО “ЭКОТОП” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
12 |
|
Гуськов Ю. Л., Малянов В. В., Давыдов Ю. Я., Агабабов В. С., Корягин А. В. Опыт эксплуатации детан- |
|
|
дер-генераторного агрегата на ТЭЦ-21 Мосэнерго . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
15 |
|
Соловьев А. А., Никитин Д. Ф., Дюжев О. Д. Полимерные конструкционные материалы на ТЭЦ-21 ОАО |
|
|
Мосэнерго . . . |
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
18 |
|
|
|
ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ |
|
|
Чугреев А. А., Шварц А. Л., Гомболевский В. И. Разработка технологии пусков котлов ПК-41 |
|
|
на скользящем давлении во всем тракте из различных тепловых состояний . . . . . . . . . . . |
21 |
|
Серков Д. Е., Котлер В. Р. Possibility Reburning – программа расчета технических параметров внедре- |
|
|
ния метода трехступенчатого сжигания на действующих котлах . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
25 |
|
Воронков С. Т. Совершенствование теплозащиты энергетического оборудования ТЭС . . . . . . . . . |
30 |
|
Авруцкий Г. Д., Савенкова И. А. Совершенствование тепловых схем турбоустановок . . . . . . . . . |
33 |
|
Рябцев Г. А., Рябцев В. И. О поправке к учету потерь теплоты с утечками сетевой воды . . . . . . . . |
37 |
|
Архипов А. Б., Смирнов В. И., Козлов А. Б., Пермякова В. В. Обследование и ремонт фундамента под |
|
|
турбоагрегат мощностью 300 МВт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
40 |
|
|
|
|
ЭНЕРГОСИСТЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ |
|
|
Масляник В. В., Манилов А. М. О пересмотре требований ПУЭ по вопросам электробезопасности . . . |
44 |
|
Каневский Я. М. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6 кВ собственных нужд ТЭЦ с |
|
|
двумя режимами заземления нейтрали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
46 |
|
|
|
|
ОБМЕН ПРОИЗВОДСТВЕННЫ ОПЫТОМ |
|
|
Сенягин Ю. В., Щербич В. И., Чижонок В. И., Шмаков Ю. А. Опыт создания информационно-вычисли- |
|
|
тельных систем при модернизации традиционных информационных систем котло- и турбоаг- |
|
|
регатов ТЭС . . |
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
49 |
Старцев А. П., Тендряков Д. Л. Способ определения внутреннего сопротивления сети . . . . . . . . . |
54 |
|
Журавлев С. В., Коломиец М. М. О системах принудительного охлаждения токопроводов генератор- |
|
|
ного напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
56 |
|
|
|
|
ЭНЕРГОХОЗЯЙСТВО ЗА РУБЕЖОМ |
|
|
Мураяма Х., Секита М. Опыт эксплуатации электростанций, работающих при сверхкритических пара- |
|
|
метрах, и опыт применения других передовых технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
58 |
|
|
|
|
ХРОНИКА |
|
|
Научно-техническая |
конференция “Московские турбинисты-энергетики: Щегляев А. В., Рубинш- |
|
тейн Я. М., Берман Л. Д. – их наследие и продолжатели”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
69 |
|
Белосельский Б. С. |
“Охрана труда в энергетике-2003” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
73 |
Среди авторов статьи – молодые специалисты
К 40-летию ТЭЦ-21 ОАО МОСЭНЕРГО
У истоков света и тепла
Гуськов Ю. Л., канд. техн. наук, директор ТЭЦ-21
В октябре 2003 г. исполняется 40 лет со дня ввода в число действующих энергопредприятий теплоэлектроцентрали ¹ 21, в настоящее время одной из крупнейших тепловых электростанций, обеспечивающих производство тепловой и электрической энергии для промышленных и бытовых нужд северо-западной части г. Москвы и г. Химки Московской обл., с населением около 3 млн. чел.
Установленная мощность ТЭЦ-21 по производству электрической энергии составляет 1340 МВт, тепловой энергии – 4603 Гкал ч.
Становление и развитие ТЭЦ неразрывно связаны с развитием и процветанием столицы Российской Федерации г. Москвы и г. Химки Московской обл. С начала 50-х годов границы города постоянно расширяются, возникают новые промышленные предприятия, учреждения, полным ходом идет жилищное строительство. Параллельно с этим осуществляется разработанная программа энергетического развития региона.
На основании постановления Совета Министров СССР от 12 IV 1955 г. и приказа Министерства электростанций СССР от 16 IV 1955 г. ¹ 23 Мосэнергопроектом разрабатывается и Министерством электростанций СССР 13 мая 1957 г. утверждается проектное задание по строительству ТЭЦ-21 мощностью 300 МВт (3 энергоблока по 100 МВт каждый). Объединенным решением Мособлисполкома и Мосгорисполкома от 10 сентября 1955 г. ¹ 809-48 6 были отчуждены под строительство участки земли с минимальной вырубкой зе-
леных насаждений Химкинского лесопарка, на пустыре, в болотистых местах без изменения ранее запроектированной автострады (МКАД).
Âдекабре 1957 г. в соответствии с распоряжением Московского городского Совета народного хозяйства создается дирекция по строительству ТЭЦ-21 Мосэнерго. Первым директором строящейся станции был назначен Александр Илларионович Симаков.
Âначале 1960 г. организуется строительное управление СУ ТЭЦ-21 (начальник П. П. Кожанов, главный инженер А. С. Фуки). Начались работы по прокладке подземных сетей водопровода
èканализации на промышленной площадке ТЭЦ и возведению жилого комплекса со всей социальной инфраструктурой в районе поселка Ховрино. В марте 1960 г. СУ ТЭЦ-21 приступило к строительству главного корпуса будущей станции, сооружению дымовой трубы ¹ 1 и градирни ¹ 1.
Âмарте 1962 г. директором строящейся ТЭЦ-21 был назначен Александр Николаевич Корытов, главным инженером – Петр Николаевич Обнорский и уже к ноябрю были созданы следующие основные цеха: теплосиловой цех (ТСЦ), начальник Торий Петрович Иванов; электрический цех (ЭЦ), начальник Петр Александрович Мачнев; цех теплового контроля и автоматики (ТКА), начальник Александр Петрович Сытенков.
Âмарте – апреле 1963 г. созданы: ремонтный цех, начальник Александр Александрович Григорцевский; топливно-транспортный цех (ТТЦ), нача- льник Лев Тимофеевич Медведев; химический цех, начальник Клавдия Калиновна Потапова.
Âтретьем квартале 1962 г. начат монтаж парового энергетического котла типа ТГМ-96, изготовленного Таганрогским котельным заводом “Красный котельщик”, и теплофикационной турбины типа Т-100-130 Уральского турбомоторного завода им. Ворошилова, г. Свердловск.
Для выполнения специальных работ генеральным подрядчиком СУ ТЭЦ-21 было привлечено более 20 специализированных организаций. Монтаж тепломеханического оборудования проводил монтажный участок ¹ 6 треста Мосэнергомонтаж, электротехнического оборудования – монтажное управление ¹ 1 треста Электроцентрмонтаж, приборов теплового контроля и автоматики – монтажный участок треста Центрэнергомонтаж, теп-
2 |
2003, ¹ 10 |
лоизоляционные работы – участок треста Энергомонтажтеплоизоляция.
Большой личный вклад в своевременный пуск первого блока внесли:
строители: начальник СУ ТЭЦ-21 П. П. Кожанов, главный инженер СУ ТЭЦ-21 А. С. Фуки, старший прораб Н. С. Попов, бригадир арматурщиков С. С. Барков, бригадир слесарей В. Н. Никишин;
монтажники: начальник участка МУ-6 И. М. Дукач, главный инженер МУ-6 Д. М. Акбройт, прораб по монтажу турбины В. Т. Фетисов, старший прораб по монтажу котла П. И. Маркин, прораб по монтажу котла В. А. Хмелюк;
эксплуатационники: начальник ТСЦ Т. П. Иванов, заместитель начальника ТСЦ по турбинам Е. Г. Бурчиков, заместитель начальника ТСЦ по котлам В. Ф. Куликовский, старший машинист турбинного отделения ТСЦ А. Н. Королев, старший машинист котельного отделения ТСЦ
È.П. Соловов, машинист блока А. М. Чикунов. Работы по строительству и монтажу пускового
комплекса первого блока были закончены в октябре 1963 г. и 22 октября 1963 г. в 10 ч 20 мин турбогенератор ¹ 1 был включен в сеть.
26 октября 1963 г. после проведения комплексного опробования блок ¹ 1 мощностью 100 МВт был принят Государственной приемочной комиссией в промышленную эксплуатацию.
Приказом председателя Государственного производственного комитета по энергетике и электрификации СССР от 18 ноября 1963 г. ¹ 145 утвержден ввод в действие ТЭЦ-21 с подчинением районному энергетическому управлению Мосэнерго.
Мы до сих пор помним и признательны работникам ТЭЦ-21, непосредственно принимавшим участие в пуске и освоении первого энергоблока нашей станции:
А. Н. Корытова, П. Н. Обнорского, Т. П. Иванова, П. А. Мачнева, Л. Т. Медведева, А. А. Григорцевского, А. П. Сытенкова, К. К. Потапову, B. Ф. Куликовского, Е. Г. Бурчикова, В. Ф. Провоторова, И. Г. Ананьева, А. П. Илюхина, В. Е. Вихмана, А. М. Чикунова, В. Я. Брусникина, Н. П. Забузова, В. И. Кузнецова, П. Д. Юдина, В. П. Григорьева, В. А. Сотникова, А. Г. Спирина, А. Н. Королева, М. В. Рыбакова, И. П. Соловова, В. А. Кочеткова, М. Ф. Щемелева, В. Н. Захарова, Ф. И. Мохирева, В. М. Князева, В. С. Егорова, Ю. В. Зай- ченко, В. С. Шлепанова, Ю. Н. Лебедева, В. П. Демидова, Н. А. Беликова, Л. Ф. Смирнова.
Работы по строительству первой очереди ТЭЦ-21 в основном были завершены в 1964 г. В течение одного года были введены в эксплуатацию 3 энергетических блока по 100 МВт каждый:
первый блок – 26 октября 1963 г. (турбина Т-100-130, котел ТГМ-96);
второй блок – 30 декабря 1963 г. (турбина Т-100-130, котел ТГМ-96);
третий блок – 4 сентября 1964 г. (турбина Т-100-130, котел ТГМ-96).
За 1965 г. электростанцией было выработано 1960 млн. кВт·ч электрической энергии и отпущено 231 тыс. Гкал тепловой.
Одновременно со строительством первой оче- реди станции велись работы по проектированию второй очереди. В августе 1963 г. Государственный производственный комитет по энергетике и электрификации СССР утвердил задание на расширение ТЭЦ до 600 МВт. И уже в декабре 1966 г. был введен в эксплуатацию четвертый блок мощностью 100 МВт (турбина Т-100-130, котел ТГМ-96),
âавгусте 1967 г. – пятый энергоблок, в сентябре 1968 г. – шестой энергоблок.
Котел ТГМ-96, установленный на электростанции, являлся головным образцом новой серии газомазутных котлов барабанного типа с естественной циркуляцией воды Таганрогского котельного завода. Турбины Т-100-130 были изготовлены Уральским турбомоторным заводом. Авторскому коллективу за разработку и изготовление турбины такого типа была присуждена в 1967 г. Ленинская премия.
Ñвводом в строй второй очереди годовая выработка электроэнергии в 1969 г. составила 3916 млн. кВт·ч и отпуск тепла – 4128 тыс. Гкал.
Для покрытия пиковых отопительных нагрузок
âпериод с 1967 по 1977 г. были смонтированы и включены в работу 14 водогрейных котлов типа ПТВМ-100 и ПТВМ-180. ТЭЦ-21 является первой электростанцией, внедрившей и освоившей во-
догрейные котлы теплопроизводительностью
180Ãêàë ÷.
Ñ1972 г. начали проводиться работы по дальнейшему расширению электростанции. 2 августа 1972 г. решением Министерства энергетики и электрификации СССР за ¹ 07-142 утвержден технический проект на строительство третьей оче- реди ТЭЦ-21 мощностью 500 МВт.
В июне 1972 г. был вынут первый кубометр земли из котлована под строительство главного корпуса третьей очереди. В сентябре 1974 г. на электростанции был образован новый котлотурбинный цех ¹ 2 (КТЦ-2) и первым его начальником был назначен Юрий Леонидович Гуськов.
31 декабря 1974 г. и 15 декабря 1975 г. были смонтированы и включены в сеть новые энергоблоки ст. ¹ 8 и 9 мощностью по 250 МВт каждый. В состав этих энергоблоков входит следующее основное оборудование: прямоточный котлоагрегат типа ТГМП-314Ц Таганрогского котельного завода “Красный котельщик” паропроизводительно-
стью 1000 т ч; турбина типа Т-250 300-240 производства Уральского турбомоторного завода мощностью 250 МВт и давлением острого пара 240 кгс см2; генератор типа ТВВ-320-2 ленинградского завода “Электросила” с водородным охлаж-
2003, ¹ 10 |
3 |
дением ротора и водородным и водяным охлаждением статора.
Â1976 г. директором ТЭЦ-21 был назначен Николай Михайлович Григорьев.
Âконце 70-х годов неуклонно возрастающие потребности города в тепловой и электрической энергии дали толчок к дальнейшему наращиванию установленной мощности ТЭЦ-21. В декабре 1978 г. был введен в эксплуатацию энергоблок ¹ 7 мощностью 80 МВт с котлом ТГМ-96 “Б” и турби-
ной типа ПТ-80-100-130 13 с производственным и теплофикационным отборами пара Ленинградского металлического завода. В ноябре 1983 г. произведен пуск энергоблока ¹ 10 с энергетическим котлом ТГМ-96 “Б” и турбиной Т-110 120-130-4. В сентябре 1986 г. были введены в строй еще два водогрейных котла типа КВГМ-180 ст. ¹ 15, 16 производительностью по 180 Гкал ч каждый.
Â1990 г. директором ТЭЦ-21 был назначен Юрий Леонидович Гуськов.
Âконце 80-х годов встал вопрос о замене оборудования, исчерпавшего свой парковый ресурс. Начиная с 1989 г., электростанция приступила к замене устаревшего оборудования. В результате проведенной реконструкции в период с 1989 по 1995 г. были заменены турбины типа Т-100-130 ст.
¹1, 2, 3 на современные и экономичные установки
типа Т-110 120-130-5 и ст. ¹ 4 на Т-116 120-130-7 со вспомогательным оборудованием. В 2004 и 2005 гг. планируется замена еще двух турбогенераторов ст. ¹ 5, 6.
Â1994 – 1995 ãã. íà ТЭЦ-21 ОАО Мосэнерго был смонтирован и включен в эксплуатацию энергетический комплекс на базе двух детандер-гене- раторных агрегатов (ДГА) установленной мощностью по 5 МВт каждый. ДГА вырабатывают экологически чистую с низкой себестоимостью электроэнергию на избыточном перепаде давления газа, поступающего на ТЭЦ.
Одновременно с реконструкцией энергетиче- ского оборудования в 90-х годах интенсивно проводились работы, направленные на уменьшение вредного влияния производства на окружающую природную среду. Остро стоял вопрос о снижении вредных выбросов в атмосферу. С этой целью на всех энергетических котлах были внедрены схемы двухступенчатого сжигания топлива, рециркуляции дымовых газов, реконструированы горелоч- ные устройства. Это позволило снизить концентрацию оксидов азота в уходящих газах до нормативных значений. Продолжаются работы по внедрению малотоксичных горелок на водогрейных котлах.
Âнастоящий момент на ТЭЦ-21 выполняются работы по реконструкции флотаторных ¹ 1, 2, узлов нейтрализации ¹ 1, 2. Внедрена схема повторного использования оборотной воды циркуляционной системы для приготовления подпиточной
воды теплосети. Эти мероприятия способствуют эффективному использованию оборудования ХВО, снижают потребление свежей воды и объем сточных вод.
Сейчас с уверенностью можно сказать, что проделанная работа дала положительные результаты по снижению негативного влияния электростанции на природную среду.
На протяжении 40 лет существования станция изменялась, интеллектуально росла вместе с производством и вводом нового оборудования. Каждая новая турбина, энергетический или пиковый котел ставили новые задачи, приносили новые решения по контролю над тепловыми процессами. Основой для этих изменений служил уровень сложности средств измерений и автоматики. На начальном этапе в 60 – 70-х годах основу приборов и средств автоматики составляли электроламповые и полупроводниковые приборы и регуляторы (РПИБ, ДСР), дифференциальные датчики (ДМ, МЭД), релейная схема защит. Начиная с 1974 г., энергетическое оборудование было оснащено первыми системами непрерывного контроля технологических параметров (СКП) производства ОЗАП. В период реконструкции турбинных установок ст. ¹ 1 – 4 на смену устаревшему оборудованию пришли современные по тем временам схемы комплексного управления защитами, автоматики и дистанционного управления (УКТЗ) и первые микропроцессорные регуляторы автоматики тепловых процессов (Протар-100, -110, -112). Хотелось бы отметить, что ТЭЦ не ограничилась модернизацией КИП и автоматики блоков ст. ¹ 1 – 4, а в течение короткого промежутка времени провела модернизацию всего парка регуляторов.
В период 1996 – 1998 гг. на ТЭЦ-21 впервые в ОАО Мосэнерго проектируется и вводится в эксплуатацию информационная система на базе контроллеров, которая позволяет осуществить контроль, регистрацию аварийных событий, архивацию параметров тепловых процессов. В настоящее время станция обладает одной из самых развитых мощных информационных сетей ОАО Мосэнерго.
Основными задачами на период 2003 – 2004 гг. является внедрение информационно-управляю- щих систем, постепенный переход на микропроцессорную технику, оснащение основного и вспомогательного оборудования системами диагностики. Для выполнения этих задач уже сейчас проходит интенсивная подготовка специалистов.
Вопросам подготовки кадров и повышения квалификации персонала уделяется особое внимание. Для повышения уровня профессионального мастерства оперативного персонала на ТЭЦ введен в эксплуатацию Центр тренажерной подготовки, оснащенный современными компьютерными тренажерами, позволяющими моделировать реальные процессы работы оборудования во всем
4 |
2003, ¹ 10 |
|
Ny, ÌÂò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1400 |
|
|
|
|
|
|
|
1290 |
1300 |
1310 |
1320 |
1330 |
1340 |
1340 |
|
1200 |
|
|
|
|
|
1100 |
1180 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
1000 |
|
|
|
|
850 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
500 |
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
400 |
300 |
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1963 |
1964 |
1966 |
1967 |
1968 |
1974 |
1975 |
1978 |
1983 |
1989 |
1990 |
1992 |
1995 |
2000 |
2003 |
|
!"# $ %%# & |
|
|
||||||||||||
|
W, ìëí. êÂò·÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9096 |
8875 |
8903 |
|
9117 |
|
|
8973 |
|
|
|
|
|
|
|
8807 |
|
9000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8045 |
|
8098 |
8104 |
8538 |
8477 |
8678 |
8516 |
8596 |
8436 |
8675 |
8464 |
8334 |
8074 |
7784 |
8394 |
8464 |
||||||
|
8000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6992 |
6853 |
7357 |
7594 |
7649 |
||||||||||||||||||||||
|
7000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5184 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5000 |
|
|
|
|
|
3916 |
|
3940 |
4043 |
4200 |
4222 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4000 |
|
|
|
|
3385 |
3637 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
3000 |
|
1960 |
1842 |
2726 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
2000 |
1400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
1000 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1963 |
1965 |
|
1967 |
|
1969 |
|
1971 |
|
1973 |
1975 |
1977 |
|
1979 |
|
1981 |
|
1983 |
|
1985 |
|
1987 |
|
1989 |
|
1991 |
|
1993 |
|
1995 |
|
1997 |
|
1999 |
|
2001 |
|
|
'( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
диапазоне эксплуатационных режимов. На таких |
двух команд энергетиков Южно-Африканской Рес- |
|||
тренажерах проходят обучение работники КТЦ-1, |
публики. |
|||
-2, электроцеха, цеха ТАИ, химического цеха. |
Решению социальных проблем как одной из |
|||
Ежегодно среди персонала проводятся конкурсы |
главных составляющих закрепления персонала на |
|||
профмастерства, позволяющие определить общий |
электростанции уделяется постоянное внимание. |
|||
профессиональный уровень персонала и выявить |
Со дня основания станции велось жилищное стро- |
|||
лучших по профессии. На базе этого Центра про- |
ительство в г. Москве и г. Химки Московской обл. |
|||
водятся |
соревнования |
оперативного |
персонала |
С наступлением школьных каникул дети рабо- |
ОАО Мосэнерго и РАО “ЕЭС России”. В июле |
тников ТЭЦ имеют возможность отдохнуть в оздо- |
|||
2003 г. на ТЭЦ-21 проходили Вторые Междуна- |
ровительном лагере “Энергетик”, принадлежащем |
|||
родные |
соревнования |
оперативного |
персонала |
электростанции. Он расположен в живописном |
блочных |
тепловых электростанций |
с участием |
месте на берегу р. Колокша Владимирской обл. |
|
2003, ¹ 10 |
5 |
|
Q, òûñ. Ãêàë |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14665 |
|
|
|
|
|
14905 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
16 000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14447 |
14508 |
13973 |
|
|
13700 |
13750 |
14299 |
|
13744 |
|
|
|
|
|
|
||
|
14 000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11746 |
12770 |
11865 |
12199 |
12222 |
12950 |
12672 |
13428 |
12975 |
13441 |
13207 |
11801 |
|
11958 |
11846 |
|||||||||
|
12 000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10456 |
11401 |
11594 |
|||||||||||||||||||||||
|
10 000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9892 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8000 |
|
|
|
|
|
|
|
6268 |
7049 |
7398 |
7903 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6000 |
|
|
|
|
4128 |
4765 |
5651 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
4000 |
|
|
|
2875 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
2000 |
|
|
1820 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
536 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,8 |
92 |
231 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1963 |
|
1965 |
1967 |
|
1969 |
|
1971 |
|
1973 |
|
1975 |
1977 |
|
1979 |
|
1981 |
|
1983 |
|
1985 |
|
1987 |
|
1989 |
|
1991 |
|
1993 |
|
1995 |
|
1997 |
|
1999 |
|
2001 |
|
# |
*+ * |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Там созданы необходимые условия для хорошего отдыха в течение всего года не только детей, но и работников станции. Для детей дошкольного возраста работает детский сад ясли ¹ 127.
На берегу Черного моря в курортном поселке Лоо, расположенном вблизи г. Сочи, построен пансионат ОАО Мосэнерго, находящийся на хозяйственном балансе ТЭЦ-21. В нем имеют возможность по льготным путевкам отдохнуть и поправить свое здоровье энергетики ОАО Мосэнерго.
Для восстановления физических и эмоциональных сил после трудового дня на ТЭЦ построен Центр психологической разгрузки, включающий тренажерный и спортивный залы, 25-метровый плавательный бассейн, сауну. Помимо этого во всех основных цехах действуют аналогичные комплексы.
Прошло 40 лет с момента пуска первого энергоблока станции. Не одно поколение энергетиков, замечательных специалистов, мастеров своего дела выросло за это время. За свой добросовестный труд были удостоены государственных наград: А. Н. Корытов – второй директор ТЭЦ-21, в 1966 г. награжден орденом Трудового Красного Знамени, а в 1971 г. – орденом Ленина;
Â.Ф. Смирнов – машинист блока, в 1971 г. награжден орденом Трудового Красного Знамени, а в 1972 г. стал Лауреатом Государственной премии;
Â.И. Грузов – слесарь цеха централизованного ре-
монта, в 1976 г. награжден орденом Трудовой Славы III степени, а в 1980 г. – орденом Трудового Красного Знамени; В. А. Кутьев – мастер ТКЦ, в 1980 г. награжден орденом Трудовой Славы III степени; С. И. Горобчук – машинист блока, в 1986 г. награжден медалью “За трудовую доблесть”, а в 2002 г. – медалью ордена “За заслуги перед Отечеством” II степени.
Эти и многие другие имена вошли в славную летопись ТЭЦ-21, в историю отечественной энергетики. Многих уже с нами нет. Но мы помним и чтим память о них. В музее истории электростанции собраны интереснейшие документы и фотографии. В “Книге Почета” отмечены лучшие люди, с честью потрудившиеся на благо родной станции.
Этапы 40-летнего развития и эксплуатации ТЭЦ наглядно отражаются в графиках ðèñ. 1 – 3.
Прошло 40 лет с тех пор, как забилось сердце станции. 40 лет еще не возраст, тем более для ТЭЦ. Она будет и далее развиваться благодаря высокопрофессиональному и дружному коллективу единомышленников – людей зрелого возраста и приходящих им на смену молодых людей, – смотрящих уверенно и с оптимизмом в будущее. Много сделано, но еще больше предстоит сделать. В заключение я хочу поздравить всех со славным юбилеем и пожелать здоровья, счастья, благополу- чия и новых творческих успехов в нелегком, но благородном деле – дарить людям свет и тепло.
6 |
2003, ¹ 10 |
Совершенствование рабочих процессов в топках котлов ТЭЦ-21 на основе применения современных средств численного моделирования термогазодинамических процессов
Тишин А. П., доктор техн. наук, Горюнов И. Т., Гуськов Ю. Л., Баршак Д. А., кандидаты техн. наук, Преснов Г. В., Турченко В. И., Коржук С. С., инженеры
ЦНИИ машиностроения Росавиакосмоса – ОАО Мосэнерго – ТЭЦ-21 филиал ОАО Мосэнерго
Â90-å годы ХХ в. на ТЭЦ-21 была развернута
èпродолжается в настоящее время активная работа по улучшению экологических показателей паровых и водогрейных котлов. Основными компонентами вредных выбросов при сжигании при-
родного газа и мазута являются оксиды азота NOx. Согласно действующим в настоящее время нормативам их концентрация в дымовых газах, приведенная к NO2 и содержанию кислорода 6%, не дол-
жна превышать 125 мг м3 при работе на газе и 250 мг м3 при работе на мазуте. К началу 90-х годов эти нормативы значительно превышались на всех котлах. Из двух возможных способов уменьшения выбросов NOx – очистки уходящих газов и предотвращения образования оксидов азота, так называемого, технологического способа, был выбран второй, как более дешевый и достаточно эффективный.
Основными вариантами технологического способа уменьшения концентрации NOx в дымовых газах являются ступенчатое сжигание, применение малотоксичных горелок и рециркуляция дымовых газов. Возможная эффективность этих способов различна, но их совокупность, как правило, позволяет удовлетворить нормативные требования к выбросам NOx без заметных потерь в эффективности и надежности работы котлоагрегатов.
Организация ступенчатого сжигания топлива различными способами – перераспределением расхода топлива по ярусам горелок или подачей части воздуха (до 20 – 25%) в дутьевые сопла, расположенные выше зоны горения, позволяет обеспечить снижение концентрации NOx при сжигании газа в 1,5 – 2 раза. При использовании мазута ступенчатое сжигание обычно ограничивается возможностью появления сероводорода вблизи экранов и протеканием высокотемпературной коррозии металла труб. Так называемые, малотоксич- ные горелки обычно в той или иной форме реализуют принцип ступенчатого сжигания топлива и это обеспечивает уменьшение концентрации NOx в продуктах сгорания на 30 – 40%.
Возможности уменьшения выбросов оксидов азота за счет подачи в зону горения охлажденных
дымовых газов (рециркуляции) весьма велики. В случае сжигания природного газа при подаче с дутьевым воздухом 10% дымовых газов (степень рециркуляции r = 10%) концентрация оксидов азота может быть снижена в 3 – 4 раза, а при r = 20% – в 7 – 10 раз. В случае сжигания мазута концентрация оксидов уменьшается примерно в 2 раза при r = 20%.
Обеспечение эффективной работы системы рециркуляции дымовых газов. В начале 90-õ годов в ЦНИИМАШ Росавиакосмоса с использованием современных методов и программ расчета термодинамических свойств продуктов сгорания и кинетики химических процессов [1] было получе- но, что эффективность рециркуляции может быть весьма высокой и эти расчетные результаты при поддержке руководства МПО Мосэнерго были подтверждены экспериментально на котлах ÒÃÌÏ-314 è ÊÂÃÌ-180 ÒÝÖ-26 [2, 3]. Принятые на сегодня различные оценки возможностей рециркуляции представлены на ðèñ. 1 как отношение концентрации NOx при некотором значении r к концентрации при r = 0. Кривые 3 è 4 получены расчетом для горячего (3 ) (tâ = 300°С) и холодного (4 ) (tâ= 10°С) воздуха при условии подачи газов в смеси с общим воздухом.
Заниженные оценки начала 90-х годов были основаны на получаемых в реальных условиях величинах, но эти величины не достигали теорети- чески возможных значений по той основной при- чине, что при подаче газов с общим воздухом не обеспечивалось не только достаточно хорошее их перемешивание, но и равномерное распределение газов по горелкам. Это распределение иногда было настолько неравномерным, что могло приводить к погасанию отдельных горелок, накоплению смеси газа с воздухом и последующему сгоранию “хлопком”.
Обеспечение равномерной раздачи газов по горелкам и хорошего их перемешивания с воздухом при поступлении в зону горения позволило достичь показателей снижения концентрации NOx, близких к теоретическим, представленным на ðèñ. 1, попутно были решены и вопросы безопас-
2003, ¹ 10 |
7 |
ности эксплуатации. Уровень равномерности раздачи газов по горелкам и качество перемешивания (пульсации концентрации), обеспечивающие получение высоких результатов, оцениваются вели- чиной 20% [2].
Обеспечение равномерной раздачи рециркулируемых газов по горелкам не является простой задачей, особенно в условиях ограничения габаритов, напоров воздуха и газов. Не случайно бывают ситуации с нарушением возможности нормальной эксплуатации котла вследствие поступления слишком большого количества рециркулируемых газов в отдельные горелки. Так, водогрейные котлы КВГМ-180, смонтированные на ТЭЦ-27 осенью 1992 г., имели систему рециркуляции с заводским смесителем “теневого” типа. Из-за того, что рециркулируемые газы распределялись недостаточно равномерно, в сезон 1992 – 1993 гг. эти котлы эксплуатировались без рециркуляции, а низкий уровень выбросов NOx обеспечивался за счет уменьшения нагрузки. За рубежом для решения задач равномерной раздачи воздуха или газов широко применяют физическое моделирование с использованием воздуха или воды в качестве рабочего вещества. В последнее десятилетие нашли широкое практическое распространение средства численного моделирования трехмерных турбулентных течений.
Эти возможности стали у нас доступны для промышленного использования в середине 90-х годов. Они являются революционным средством, радикально улучшающим качество технических решений при разработке устройств, в которых важную роль играют аэро- и гидродинамика, процессы перемешивания, горения и др. На отечественном рынке в настоящее время имеются все необходимые компоненты для реального применения численного моделирования [4]. Это позволяет перейти от методики создания устройств на основе прототипов, лабораторных экспериментов, доводки натурных образцов к методам получения оптимальных решений с использованием численного моделирования, при реализации которых получаются изделия, не требующие доводки, а сразу после изготовления и пуска с большой вероятностью обеспечивающие получение ожидаемых результатов.
В 1994 г. на ТЭЦ-21 по проекту СКБ ВТИ была закончена реконструкция котла ТГМ-96А ст. ¹ 3 – создана система рециркуляции, позволяющая подавать газы рециркуляции в дутьевой воздух при степени рециркуляции до 18%. Котел имеет 18 горелок, расположенных в три яруса на фронтовой стене, и в четвертом ярусе 6 сопл вторичного дутья. Малотоксичные горелки ГМПВ-20 конструкции ЭКОТОП-ЦКТИ обеспечили концентрацию оксидов азота при номинальной нагрузке СNO2 = 270 ìã ì3 без подачи воздуха в сопла и
ÑNO2 = 210 ìã ì3 при подаче воздуха. Горелки и сопла питаются воздухом из кольцевого короба. Согласно проекту газы рециркуляции вводились непосредственно в кольцевой короб, и при испытаниях оказалось, что они поступали в горелки крайне неравномерно. Одну из горелок пришлось отключить по газу, чтобы избежать погасания. В таком состоянии котел было опасно эксплуатировать с рециркуляцией дымовых газов.
С использованием средств численного моделирования было получено решение, в котором сохранялась уже созданная система рециркуляции, но на конечном участке газы не подаются в кольцевой короб, а раздаются в горячий воздух после РВП. После каждого из трех РВП воздух делится на два канала, в каждом из которых поток поворачивается на 180° и вводится в нижнюю часть кольцевого короба. Длина этого канала около 3,5 м.
Было принято решение установить после РВП перед входом в каждый из шести каналов смеситель, в который и вводятся газы рециркуляции. Смеситель имеет с двух сторон по пять окон различного размера, через которые и выдаются газы рециркуляции. Геометрия смесителя, окон, защиты струй газов от потока воздуха была тщательно отработана с использованием программного комплекса численного моделирования трехмерных турбулентных течений Flow Vision [4] с тем, чтобы в кольцевой короб перед раздачей на горелки поступала достаточно хорошо перемешанная смесь воздуха и газов. В предложении по организации раздачи газов рециркуляции были выполнены и оценки ожидаемого снижения концентрации NOx, ñî-
гласно которым при r = 18% следовало ожидать СNO2 = 76 ìã ì3.
Предложение было реализовано к осени 1994 г., раздача газов рециркуляции по горелкам получилась достаточно равномерной и концентрация NO2 при подаче газов составила 80 мг м3. В дальнейшем система рециркуляции, отработанная на котле ст. ¹ 3, была реализована на однотипных котлах ТЭЦ-21 ст. ¹ 1, 2, 4, 5, 6. Все они обеспе- чивают при сжигании природного газа концентрацию NO2 в уходящих газах на уровне 50 – 85 мг м3. При работе на мазуте концентрация NOx уменьшается с 480 мг м3 ïðè r = 0 äî 135 – 230 ìã ì3 ïðè r = 12 18% и открытых шиберах сопл верхнего дутья.
Использование средств численного моделирования для проектирования системы подачи газов рециркуляции в дутьевой воздух для котлов типа ТГМ-96Б ст. ¹ 7 и 10 ТЭЦ-21 также позволило получить полный, ожидаемый теоретически эффект от рециркуляции при очень простых устройствах ввода газов. Так, для котла ст. ¹ 7 устройство ввода газов в воздух представляет собой два короба, вводящих по касательной газы в воздушный короб перед его поворотом с тем, чтобы усилить парный
8 |
2003, ¹ 10 |
вихрь, возникающий при повороте потока [5]. Достаточно хорошее перемешивание газов с воздухом обеспечило достижение теоретического результата при подаче рециркулируемых газов. При работе на газе концентрация СNO2 = 70 ìã ì3 на котле ст. ¹ 7 и СNO2 = 85 ìã ì3 на котле ст. ¹ 10. При этом в случае отключения ДРГ на котле ст. ¹ 10 концентрация оксидов азота на номинальной нагрузке составляет 625 мг м3, т.е. уменьшение концентрации NOx ïðè r = 18% происходит в 7,3 раза. При работе на мазуте и подаче газов CNO2 составляет на обоих котлах около 250 мг м3.
Водогрейные котлы ПТВМ-180 с заводскими горелками при работе на газе имеют концентрацию NOx äî 300 ìã ì3, а использование рециркуляции для улучшения этого показателя осложняется тем, что котел имеет 20 горелок, каждая из которых может отключаться при работе котла, и очень высока плотность компоновки в котельном корпусе. Установка каких-либо смесителей в воздушные короба исключается из-за высокой скорости воздуха и возможного увеличения сопротивления. Как обычно, при разработке проекта заказчик рекомендовал оставить по возможности все как есть – систему питания воздухом и газом, не вводить новых заслонок и регуляторов и т.п.
В этих условиях для создания системы рециркуляции и снижения выбросов NOx были приняты следующие решения. Газы на рециркуляцию отбираются после конвективной части с подмешиванием при необходимости до 30% газов, отбираемых после нижней части, имеющих температуру 420°С, чтобы исключить конденсацию воды при смешении газов с дутьевым воздухом при низкой температуре. Было решено подавать газы постоянно во все воздушные короба независимо от того, работает или нет горелка. Поскольку 8 горелок верхнего яруса включаются реже, чем 12 горелок нижнего, в верхние горелки подается газов меньше – 0,7 от подачи в нижние.
Чтобы обеспечить перемешивание газов с воздухом, подают их в воздушный короб сразу после шибера, перед поворотом, двумя касательными струями, чтобы усилить парной вихрь, возникающий в повороте, и получить интенсивные конвективные потоки в соответствии с результатами моделирования. Эти предложения были положены в основу проекта, выпущенного СПКБ РР филиал ОАО Мосэнерго (разработчик Г. Г. Кирсанова), реализованы ТЭЦ-21, и весной 1996 г. котел типа ПТВМ-180 ст. ¹ 1 был испытан. Все показатели котла были в норме, а концентрация оксидов азота при степени рециркуляции r = 12% составила СNO2 = 75 ìã ì3, что согласуется с предсказанным
значением СNO2 = 80 ìã ì3.
Обращаясь вновь к ðèñ. 1, отметим, что зарубежные данные [6] и рекомендации отечественных
CNO2 |
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
4 |
3 |
2 |
0,2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
0 |
5 |
10 |
15 |
20 r, % |
, - - . / +0
. 0 / 0 / * -+- *
, -+ + (0 / ) /.+0 *
. ( / (0 1
1 – по данным [7]; 2 – [6]; 3, 4 – [2, 3, 10]; 3 – tâ= 300°Ñ; 4 – tâ= 10°Ñ
официальных материалов [7] все еще сильно недооценивают возможности рециркуляции как средства уменьшения выбросов NOx при сжигании природного газа. Далее рекомендации уменьшать выбросы за счет увеличения степени рециркуляции до величины r = 0,3 è äàæå r = 0,35 [8, 9] не могут быть признаны рациональными. Гораздо эффективнее обеспечить полную реализацию потенциала рециркуляции, который, как можно видеть по ходу кривых 3 è 4 ðèñ. 1, практически исчерпывается при r = 15 20%. Можно считать рациональными предельные величины r = 15 17% при работе без подогрева воздуха и r = 17 20% при работе на горячем воздухе.
Концентрация NOx, приведенная к NO2 è Î2 = 6%, получаемая при правильной реализации рециркуляции, может быть оценена по следующим формулам:
|
|
|
|
|
C á |
|
|
Ñr |
(C |
î |
C á )K r |
|
|
|
(1 r), |
|
|||||||
|
|
|
|
|
1 2r |
|
|
ãäå Ño, Ñr, Ñá, r – концентрация NO2 при работе без рециркуляции, с рециркуляцией, концентрация быстрых оксидов, степень рециркуляции как отношение расхода рециркулируемых газов к расходу уходящих в точке отбора;
K r (0,1t â0,2 )10r ; |
|
tâ – температура дутьевого воздуха, °С; |
ïðè |
tâ< 50°С принимается tâ= 50°Ñ; Ñá = 20 |
ïðè |
tâ< 50°Ñ è Ñá = 30 ïðè tâ> 200°Ñ.
Íà ðèñ. 1 кривые 3 è 4 получены соответственно при Ñî, равном 450 и 300.
Организация рабочего процесса в топке. Горелка ХФ ÖÊÁ-ÂÒÈ котла ÒÃÌ-96Á имеет три воздушных канала – центральный, внутренний и пе-
2003, ¹ 10 |
9 |
1 |
2 |
3 |
4 5 |
6 |
7 |
8 |
360*
166346
353 |
|
1246 3 Природный |
|
ãàç |
220 |
|
|
Общий воздух |
|
/ 234 51
1 – центральный поток воздуха; 2 – лопатки закрутки внутреннего воздуха; 3 – периферийный поток воздуха; 4 – внутренний поток воздуха; 5 – кольцо, регулирующее расход периферийного воздуха; 6 – четыре газовые трубки; 7 – конический завихритель; 8 – форсунка для подачи мазута
риферийный. Воздух, поступающий в два последних канала, закручивается в улитке и тангенциальными лопаточными завихрителями. Из центрального канала, имеющего на выходе узкое сечение диаметром 255 мм, поступает воздух без закрутки. Моделирование процессов в горелке и в топке позволило установить, что существующая конструкция заводской горелки не обеспечивает стабилизацию факела за счет возвратного течения вблизи оси закрученного потока – в этой области нет возвратного течения. Стабилизация факела горелки происходит при эксплуатации котла в результате зажигания факела по периферии топочными газами, зажигание происходит на удалении от амбразуры, факел удлиняется и процесс горения газа затягивается до задней стены.
Для устранения выявленных недостатков в конструкции горелок предложено установить на концевых конических участках центральных каналов завихрители; разработана конструкция завихрителей, обеспечивающих необходимую структуру факела и охлаждение мазутной форсунки. Кроме того, в горелках ¹ 1 и 2, снабженных запальнозащитными устройствами (ЗЗУ), рекомендовано перенести трубы ЗЗУ в центральный канал.
Эти изменения конструкции были реализованы, и в ноябре – декабре 2002 г. были проведены режимно-наладочные испытания котла при сжигании газа и мазута. При испытаниях установлено, что в результате реконструкции горелочных устройств улучшилось качество сжигания газа и мазута, факелы горения стали короче, горение топлива начинается от амбразуры и языки пламени не достигают стенки топки при всех нагрузках котла. Температура обшивки задней стенки топки при сжигании газа и нагрузках котла, близких к номинальной, составляет 35 – 40°С, при сжигании ма-
зута в центральной части задней стенки достигает 60 – 70°С, однако окончательный вывод о надежности теплоизоляции заднего экрана котла можно будет сделать только после годичной эксплуатации котла.
Разработка малотоксичных горелок. Наряду с рециркуляцией дымовых газов нестехиометри- ческое сжигание топлива широко применяется для уменьшения эмиссии NOx. Известны горелки, успешно реализующие этот способ, – прямоточновихревые конструкции ЭКОТОП-ЦКТИ и горелки двухступенчатого сжигания ГДС конструкции ВТИ.
С 1996 г. на ТЭЦ-21 ведется отработка малотоксичных горелок типа ГПС – горелок с предварительным смешением. На ðèñ. 2 изображен эскиз горелки ГПС-8 тепловой мощностью 8 МВт, отработка которой велась на котле ПТВМ-100 ст. ¹ 3 ТЭЦ-21. Она была начата в 1997 г. и закончилась в 2000 г.
Основные особенности этой горелки состоят в следующем. Расход воздуха делится на три части: около 4% идет через центральный узел, около 27% – через периферийный канал, а оставшиеся 69% – через внутренний канал. Небольшое количество газа, около 4%, подается через центр, а основной расход поступает в кольцевой коллектор центра, откуда поперечными струями раздается в воздух внутреннего канала. Конический завихритель центра обеспечивает наличие стабилизирующего факела горелки. Его особенность – высокая устойчи- вость и то, что он “висит” в воздухе, нигде не касаясь элементов конструкции. Поскольку стабилизацию факела обеспечивает центральный узел, основной поток воздуха горелки может быть любым – прямоточным или закрученным так, как это диктуют требования перемешивания, геометрии факела горелки или располагаемого напора вентилятора. Перемешанная топливно-воздушная смесь, идущая через внутренний канал с коэффициентом избытка воздуха 0,7, поджигается от факела центра, сгорает, затем к продуктам сгорания подмешивается периферийный воздух в смеси с топочными газами.
Испытания котла ПТВМ-100, оснащенного горелками ГПС-8, проведенные в 1999 г. Мосэнергоналадкой, показали, что факел устойчив при давлении газа Ðã = 0,02 0,6 êãñ ñì2, давлении воздуха Ðâ = 20 130 êãñ ì2. Концентрация оксидов азота при номинальной нагрузке составила 130 мг м3. На фотографии топки (ðèñ. 3), сделанной через люк при работе восьми горелок ГПС-8, видна светящаяся обмазка стенок топки вблизи амбразуры, предназначенная для защиты от воздействия факела заводской горелки или ГДС. Факел горелки типа ГПС не касается стен и это позволяет удалить обмуровку, увеличив на 5 – 8% площадь лучевоспринимающей поверхности топки.
10 |
2003, ¹ 10 |
# * 3 ' %% * )
234 5
В 2003 г. были завершены сертификационные испытания горелки ГПС-12 тепловой мощностью 12 МВт, предназначенной для оснащения котлов ПТВМ-180, по конструкции подобной ГПС-8. Фотография факела горелки показана на ðèñ. 4. При работе котла на полной нагрузке концентрация NO2 составила 180 мг м3. Надо заметить, что стенки топки котла ПТВМ-180 также плотно покрыты обмазкой до уровня горелок верхнего яруса. Очистка от нее позволит уменьшить выбросы NOx, повысить КПД котла и облегчить работу конвективных теплообменников.
При работе на мазуте горелок типа ГПС механическая форсунка помещается вблизи среза центрального узла, чем обеспечиваются хорошая стабилизация и развитие факела. Надо заметить, что горелка ГПС-8 до испытаний на мазуте имела прямоточный канал периферийного воздуха, однако прямоточный поток прерывал мазутный факел. Небольшая закрутка – на 30° к оси горелки – обеспечила устойчивый факел при сжигании мазута.
Важным вопросом для горелок с предварительным смешением является возможный проскок пламени. При отработке горелок ГПС-8 и ГПС-12 эта проблема не возникала даже при самой низкой скорости топливовоздушной смеси – до 7 – 10 м с. Надо заметить, что принятые конструкции для обеих горелок являются третьим или четвертым вариантом. Так что отработка потребовала значительных затрат на изготовление вариантов, их монтаж, доработку на месте. Здесь необходимо отметить работу ремонтных служб котельного цеха ТЭЦ-21, бригад В. А. Бабкина и В. В. Колотилова.
Вместе с тем, все конструкции горелок, их различные варианты, выбранные в результате числен-
6 7 234 * )
8
ного моделирования процессов в горелке и в топке, функционировали нормально сразу после монтажа и к изменению конструкции побуждали обычно особенности при сжигании мазута, работа на переходных режимах и др., не рассматриваемые при численном моделировании ввиду недостаточ- ных возможностей имеющихся средств. Конструкция горелки ГПС-12 последней версии осталась неизменной и при доводке потребовалось лишь заменить настроечную шайбу, задающую расход газа, подаваемого в центр.
Расширение возможностей FlowVision на сжигание мазута, расчеты концентрации NOx представляются весьма насущной необходимостью. Это позволило бы обеспечить дальнейшее улуч- шение характеристик паровых и водогрейных котлов с малыми затратами.
Вывод
Широкое применение современных средств моделирования трехмерных турбулентных тече- ний с учетом процессов горения и химической кинетики для решения на ТЭЦ-21 вопросов технологии сжигания топлива в топках котлов и проектирования горелок позволило получить эффективные технические решения и с малыми затратами обеспечить высокие экологические показатели и надежность агрегатов. Расширение использования таких методов, наращивание их возможностей является важным резервом повышения показателей эффективности работы электростанций.
Необходимо отметить большое творческое участие многих сотрудников предприятия ОАО Мосэнерго и других организаций в выполнении работ, о которых говорится в настоящей статье. Всем им авторы приносят глубокую благодар-
2003, ¹ 10 |
11 |
ность. Особо надо выделить тех из них, кто внес |
рециркуляции дымовых газов, температуры и влажности |
||||
наибольший вклад: |
|
|
дутьевого воздуха. Королев Моск.обл.: ЦНИИ машино- |
||
А. А. Аксенов |
(ÎÀÎ |
ТЕСИС ), В. А. Худяков |
строения, 1996. |
||
4. Аксенов А. А., Коньшин В. Н. FlowVision – новое поколе- |
|||||
(ЦНИИ машиностроения ), А. К. Логинов (главный |
|||||
ние САЕ. - САПР и графика, 2002, ¹ 11. |
|||||
инженер ТЭЦ-8 ОАО Мосэнерго ), Ф. П. Колодни- |
|||||
5. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротив- |
|||||
êîâ, С. А. Чистов, Н. С. Мартаков, И. А. Бабанов, |
лениям. М.: Госэнергоиздат, 1960. |
||||
В. В. Данцевич, О. В. Ефремов (ÒÝÖ-21 ÎÀÎ Ìîñ- |
6. Stephan R. Turns. An Introduction to Combustion. McGraw- |
||||
энерго ), Ю. П. Булкин (Фирма ОРГРЭС ), È. À. Òè- |
Hill International Editions, 2000. |
||||
øèí, А. А. Блохин |
(ÇÀÎ |
“ИГЛ ДАЙНЕМИКС”), |
7. ÐÄ.34.02.304-95. Методические указания по расчету вы- |
||
бросов оксидов азота с дымовыми газами котлов тепло- |
|||||
А. Н. Савин (ÎÀÎ ÑÊÁ ÂÒÈ ). |
|
||||
|
вых электростанций, ВТИ – ЦКТИ. М., 1996. |
||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
8. Котлер В. Р., Енякин Ю. П. Реализация и эффективность |
|
Список литературы |
|
|
технологических методов подавления оксидов азота на |
||
|
|
ТЭЦ. – Теплоэнергетика, 1994, ¹ 6. |
|||
|
|
|
|
||
1. Термодинамические и теплофизические свойства продук- |
9. Енякин Ю. П., Быков А. М. Широкое внедрение техноло- |
||||
тов сгорания |
Алемасов В. Е., Дрегалин А. Ф., |
Òè- |
гических методов подавления оксидов азота на газомазут- |
||
шин А. П., Худяков В. А. Справочник. М.: Изд-во |
ÀÍ |
ных котлах. – В кн.:Сборник статей “Природоохранные |
|||
ÑÑÑÐ, 1971, ò.1. |
|
|
|
технологии ТЭС”. М.: ВТИ, 1996. |
|
2. Тишин А. П., Худяков В. А., Артамонов А. К. Исследова- |
10. Зависимость концентрации оксидов азота, образующихся |
||||
ние возможностей уменьшения концентрации окислов |
вблизи фронта пламени (“быстрых”) при сжигании мета- |
||||
азота при сжигании топлив в теплоэнергоагрегатах. Коро- |
на, от коэффициента избытка воздуха, температуры воз- |
||||
лев Моск.обл.: ЦНИИ машиностроения, 1994. |
|
духа и степени рециркуляции дымовых газов Вол- |
|||
3. Тишин А. П., Худяков В. А., Артамонов А. К. Зависимость |
ков Д. В., Зайцев С. А., Тишин А. П., Худяков В. А. Коро- |
||||
эмиссии окислов азота теплоэнергоагрегатами от степени |
лев Моск. обл.: ЦНИИ машиностроения, 1999. |
||||
Опыт внедрения инновационных технологий ТЭЦ-21 ОАО Мосэнерго
на примере освоения горелок ЗАО “ЭКОТОП”
Соболев В. М., Гуськов Ю. Л., кандидаты техн. наук
ЗАО “ЭКОТОП” – ТЭЦ-21 ОАО Мосэнерго
К концу 80-х годов прошлого века перед ТЭЦ |
устройства горелок типа ГМПВ (ðèñ. 1). Четвер- |
||
Мосэнерго возникла сложная проблема обеспече- |
тый верхний ярус горелок был использован для |
||
ния чистого воздушного бассейна по выбросам ок- |
подачи 13 – 15% третичного воздуха. Работы ве- |
||
сидов азота, концентрация которого в уходящих |
лись при активном участии специалистов ТЭЦ-21. |
||
газах |
составляла порядка 500 – 700 мг м3, à íà |
||
Испытания проводились ОРГРЭС. В освоении уча- |
|||
котлах ТГМП-314Ц (ТЭЦ-21, ТЭЦ-23) достигала |
|||
ствовали также специалисты Мосэнергоналадки. |
|||
1000 – 1200 ìã ì3 ( = 1,4) [1]. |
|||
Испытания показали, что в оптимальном режи- |
|||
С учетом неблагоприятной экологической об- |
|||
ме на газе при коэффициенте избытка воздуха за |
|||
становки из-за размещения ТЭЦ-21 в зоне массо- |
|||
водяным экономайзером âý = 1,06 1,07, r = 15% |
|||
вых жилых застроек по инициативе ТЭЦ-21 было |
|||
предложено провести в пределах выделенных |
и закрытых соплах содержание NOx в уходящих |
||
средств коренную реконструкцию котлов типа |
газах составляло 65 мг м3, открытие сопл допол- |
||
ТГМП-314Ц, а также котлов ТГМ-96 с сохранени- |
нительно снижало NOx äî 40 ìã ì3. На мазуте со- |
||
ем существующих амбразур горелок, воздушных |
держание NOx ïðè âý= 1,08, r = 17% и подаче |
||
коробов и мазутных форсунок. Целью реконструк- |
|||
третичного воздуха до 13% составило 210 мг м3 |
|||
ции являлось достижение выбросов NOx в уходя- |
[2]. Полученные значения NOx были существенно |
||
щих газах ниже норм ПДВ: на газе –125 мг м3, íà |
|||
мазуте – 250 мг м3 при обеспечении надежной и |
ниже регламентированных ГОСТ Р 50 831-95: на |
||
экономичной эксплуатации котлоагрегатов. |
ãàçå – 125 ìã ì3, на мазуте – 250 мг м3. |
||
При отсутствии технологических методов по- |
|||
Первым в 1991 г. был реконструирован котел |
|||
давления оксидов азота содержание NOx в уходя- |
|||
ТГМ-96 (ст. ¹ 3), где были установлены в сущест- |
|||
вующие горелочные воздушные короба первых |
щих газах составляло соответственно порядка 250 |
||
òðåõ |
нижних ярусов горелок газораздающие |
è 350 ìã ì3. |
|
|
|
|
|
12 |
|
2003, ¹ 10 |
|
3 0 * 2 3'
До реконструкции по данным Мосэнергоналадки на котлах ТГМ-96 ТЭЦ-21 (ст. ¹ 4 – 6) содержание NOx на газе составляло 430 – 600 мг м3.
К 1997 г. все котлы ТГМ-96 были оборудованы горелками типа ГМПВ-20.
Горелки сертифицированы и на их применение было получено разрешение Госгортехнадзора РФ.
Следует особо отметить, что впервые на ТЭЦ-21 было пройдено пороговое значение содержания NOx – порядка 100 мг м3 для метано-воздушных смесей, что было подтверждено специальными опытами, выполненными голландской фирмой “КЕМА”.
Котлы работают надежно и экономично.
Для достижения предельно низких выбросов оксидов азота на котле ТГМП-314Ц (ст. ¹ 8) в 1993 г. была проведена кардинальная реконструкция с установкой горелок типа ГМПВб (ðèñ. 2). Согласно проекту были ликвидированы циклоны и установлены 16 блочных (секционированных) прямоточно-вихревых горелок типа ГМПВб ЗАО “ЭКОТОП” по восемь с фронта и тыла в два яруса на отметках 4,45 и 7,45 м. Горелки были размещены тангенциально с организацией двух спутных вертикальных вихревых потоков. Выше горелок на отметке 11,3 м было установлено восемь воздушных сопл с направлением вращения воздушных потоков, противоположным вращению топочных газов. При этом через нижние горелки была наме- чена подача до 60% газа, верхние – до 40%, через воздушные сопла (третичный воздух) было намече- но вводить порядка 10% общего расхода воздуха.
Выполненная реконструкция позволила при оптимальном коэффициенте избытка воздуха за конвективным промперегревателем êïï = 1,04 на номинальной нагрузке снизить содержание NOx в уходящих газах с 220 мг м3 (r = 0%) äî 75 ìã ì3 (r = 19%). До реконструкции в тех же условиях при r = 0%, NÎx = 1125 ìã ì3 è ïðè r = 10% содержание NOx в уходящих газах составляло 480 мг м3.
3 0 * 2 3')
Оценка влияния изменения подачи газа по ярусам горелок показала уменьшение NOx по сравнению с равным распределением газа при r = 8% ñî 140 – 150 ìã ì3 äî 120 – 125 ìã ì3.
При сжигании мазута содержание NOx в уходя-
щих газах составило 205 – 210 мг м3 (êïï = 1,07, r = 16 19%, = 10%). О влиянии
тех или иных технологических параметров можно судить по диаграммам ðèñ. 3.
Оценка влияния влажности мазута показала, что при r > 10% оно практически отсутствовало [2].
Важным результатом, полученным на котле ТГМП-314 (ст. ¹ 8), явилось обеспечение надежной работы труб экранов НРЧ при сжигании мазута, отсутствие которой в зоне горелок вызвало необходимость перевода котлов типа ТГМП-314 на организацию топочного процесса в циклонах.
Подробные измерения концентрации H2S непосредственно в плоскости экранов, выполненные ВТИ, выявили его практическое отсутствие, а достаточно низкие максимальные температуры металла в зоне НРЧ, не превышающие 486 – 490°С (r = 18%) è 535 – 540°Ñ (r = 0), фактически исклю- чали условия протекания сероводородной коррозии.
С учетом опыта реконструкции котла ст. ¹ 8 была выполнена реконструкция котла ст. ¹ 9, где поверхность экономайзера была увеличена с 2940 до 4300 м2 и уменьшена поверхность конвективного перегревателя первой ступени промперегрева (КПП НД I) на 1159 м2.
Со стороны ТЭЦ-21 проводились и другие мероприятия, такие как байпасирование КПП НД, работы по обеспечению номинальных параметров промперегрева.
Несмотря на повышение степени рециркуляции газов, КПД были близки к имевшим место до реконструкции. При этом температура газов до воздухоподогревателя была несколько ниже, чем до реконструкции.
2003, ¹ 10 |
13 |
|
1000 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
900 |
|
|
|
|
|
|
3 |
800 |
|
|
|
|
|
|
ìã/ì, |
600 |
|
|
|
|
|
|
|
700 |
|
|
|
|
|
|
x |
500 |
|
480 |
|
|
|
|
NO |
|
|
|
|
|
||
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
210 |
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 |
90 |
75 |
|
|
100 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
0 |
À |
Á |
 |
à |
Ä |
Å |
|
|
||||||
|
|
700 |
|
|
à) |
|
|
|
700 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
3 |
500 |
|
450 |
|
|
|
|
ìã/ì, |
|
|
340 |
|
|
|
|
400 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
300 |
|
|
|
|
|
|
NO |
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
210 |
190 |
180 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
À |
Á |
 |
à |
Ä |
Å |
|
|
|
Äî |
|
После реконструкции |
||
|
|
|
|
|
á) |
|
|
# 99 * * 2 3') 0 : /-: * *-1
à – íà ãàçå; á – на мазуте; r – степень рециркуляции газов; – доля третичного воздуха; g – доля топлива, подаваемого через верхний ярус горелок; A – r = 0, = 0, g = 0; Á – r = 8%, = 0, g = 0; Â – r = 0, = 10%, g = 40%; Ã – r = 8%, = 10%, g = 40%; Ä – r = 16%, = 0, g = 40%; Å – r = 16%, = 10%, g = 40%
Содержание оксидов азота в уходящих газах при полной загрузке обоих ДРГ на котле ст. ¹ 9 составляло на газе 95 – 100 мг м3, на мазуте – 210 – 215 мг м3.
Отключение рециркуляции газов приводило к росту концентрации NОx äî 220 – 260 ìã ì3 (ñò. ¹ 8) è 230 – 240 ìã ì3 (ст. ¹ 9) для природного газа и соответственно 370 и 340 мг м3 – для мазута.
Таким образом, проведенные испытания и опыт эксплуатации котлов ¹ 8 и 9 ТЭЦ-21 подтвердили правильность принципиальных принятых решений. Реконструированные котлы, достаточно экономичные и надежные, имеют благоприятные экологические показатели.
Опыт реконструкции котлов ¹ 8, 9 был использован на котлах ТЭЦ-23 ОАО Мосэнерго и др.
Реконструкция четырех водогрейных котлов типа ПТВМ-100 и ПТВМ-180 также показала высокую эффективность вихревого сжигания для подавления NОx. Однако в выбранном варианте при снижении нагрузки наблюдался разогрев отклю- ченных горелок.
В итоге предложенный метод организации подавления NОx с организацией вихревого сжигания показал возможность кардинального снижения выбросов NОx при обеспечении экономичной и на-
дежной работы котла. При этом необходимо соблюдение симметричности расположения горелок.
Благодаря опыту, накопленному на ТЭЦ-21 и других ТЭЦ, были произведены необходимые улучшения горелок.
К настоящему времени длительно и успешно эксплуатируются котлы ТГМП-344 Южной ТЭЦ ОАО Ленэнерго, котлы ТГ-104 Сургутской ГРЭС-1 [3], БКЗ-75 ОАО “Завод Сланцы” и др., достигнут безопасный уровень выбросов NОx, повышена надежность работы экранов топки и котла в целом, повышена экономичность их работы. Также значи- тельно снижены уровни выбросов NОx на котлах типа ДЕ и ДКВР, существенно повышена их экономичность, котлы легко управляемы [4].
Особенно интересен опыт, полученный на котле ПТВМ-30, где были установлены две горелки типа ГМПВ мощностью по 20 МВт каждая встреч- но-смещенно вместо шести штатных.
В результате такой организации вихревого процесса с прямоточно-вихревыми горелками достигнуто значительное понижение уровня выбросов NОx, существенно повышена надежность экранов топки и экономичность работы котла [4].
Котел устойчиво и надежно работает как на двух, так и на одной горелке.
Всего за 12 лет реконструировано более 40 котлов общей мощностью 11 100 МВт, изготовлено более 400 горелок.
Основными характеристиками горелок типа ГМПВ являются:
надежное воспламенение; высокая экономичность сжигания;
низкое аэродинамическое сопротивление, что дает выигрыш по дутью;
низкий уровень образования NОx (Î2 = 6%); на газе – меньше 125 мг м3, на мазуте – меньше 250 мг м3 (в том числе с применением технологи- ческих методов подавления NOõ);
практическое отсутствие вибрационного режима горения и шума;
легко поддаются управлению.
Горелки защищены патентами. В частности, патентно-защищенными решениями являются: принятые направления газовых струй, из которых часть, по меньшей мере, направлена вдоль оси горелок, а другая – под углом к оси канала горелки, в том числе направления струй, организованные путем чередования газовых трубок, а также соотношение сечений между аксиальным завихрителем и периферийным каналом горелки.
Список литературы
1.Горюнов И. Г., Преснов Г. В., Прохоров В. Б. Динамика загрязнения воздушного бассейна выбросами ТЭЦ Москвы и анализ эффективности природоохранной политики, осуществляемой Мосэнерго. – Электрические станции, 1997, специальный номер.
14 |
2003, ¹ 10 |
2. |
Îïûò эксплуатации паровых котлов ТЭЦ-21 Мосэнерго, |
“ЭКОТОП” и фирмы “Todd Combastion” (США) на котлах |
|
|
оснащенных горелками ЗАО “ЭКОТОП” Соболев В. М., |
ТГ-104 и ТГМЕ-206 при сжигании попутного и природного |
|
|
Логинов А. К., Турченко В. И. и др. – Электрические стан- |
||
|
газа. – Теплоэнергетика, 2003, ¹ 4. |
||
|
öèè, 1998, ¹ 2. |
||
|
4. Соболев В. М. В пределах выделенных средств. – Бергкол- |
||
3. |
Коваленко А. Л., Козлов В. Г., Пермяков В. Н. Результаты |
||
|
|||
|
испытаний горелок с малотоксичными выбросами ЗАО |
легия. Промышленная безопасность, 2003, ¹ 2 (11). |
Опыт эксплуатации детандер-генераторного агрегата на ТЭЦ-21 Мосэнерго
Гуськов Ю. Л., Малянов В. В., Давыдов Ю. Я., инженеры, Агабабов В. С., доктор техн. наук,
Корягин А. В., êàíä. òåõí íàóê
ТЭЦ-21 Мосэнерго – МЭИ (ТУ)
Вопросам энергосбережения при производстве, распределении и потреблении энергии в России начали уделять в последнее время большое внимание. Это связано с тем, что эффективность использования энергоносителей в нашей стране весьма низка. Достаточно сказать, что расход энергоносителей на единицу продукции в промышленном производстве России в несколько раз (по разным источникам от 2 до 5) выше, чем в развитых промышленных странах. Принятый в 1996 г. Государственной думой Российской Федерации закон “Об энергосбережении”, а также последовавшие за ним подзаконные акты, программы энергосбережения в различных отраслях промышленности определяют основные направления деятельности научных, проектных организаций, производителей оборудования, предприятий, производящих, распределяющих и потребляющих энергию, в решении этой крупной государственной задачи. В каче- стве одного из направлений в указанных документах рассматривается внедрение энергосберегающих технологий, связанных с утилизацией потенциала давления транспортируемого природного газа.
В 1994 г. на ТЭЦ-21 Мосэнерго был введен в
эксплуатацию первый в России детандер-генера-
торный агрегат (ДГА). ДГА предназначен для выработки электроэнергии за счет использования технологического перепада давления транспортируемого природного газа на станциях понижения давления, в том числе и на газорегулировочных пунктах (ГРП).
Поначалу детандер-генераторный агрегат был собственностью российской фирмы “Криокор” и персонал ТЭЦ-21 осуществлял его эксплуатацию по договору с владельцем. Однако опыт работы выявил значительные недостатки такой формы сотрудничества и в 2000 г. установка была выкуплена ОАО Мосэнерго и перешла в его собственность.
Схема ДГА, установленного на ТЭЦ-21, представлена на ðèñ.1. Она включает в себя следующие элементы: 1 – магистральный газопровод; 2 – газорегулировочный пункт (ГРП); 3 – механические газовые фильтры; 4 – газоводяные теплообменники; 5 – общестанционный коллектор прямой сетевой воды; 6 – общестанционный коллектор обратной сетевой воды; 7 – турбодетандеры мощностью 5000 кВт каждый; 8 – газопровод, идущий от ГРП к котлам ТЭЦ; 9 – редукторы; 10 – электрогенераторы; 11 – стопорный клапан; 12 – клапан защиты;
7 |
5 |
6 |
|
11 |
|
|
|
|
¹ 2 |
|
|
9 |
|
|
1 |
12 |
|
|
|
10 |
|
|
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
¹ 1 |
3 |
2 |
|
|
|
8
4
На котлы
0 0 ;2
2003, ¹ 10 |
15 |
13 – регулятор давления газа на байпасном трубопроводе турбодетандера.
Подогрев газа в ДГА осуществляется перед турбодетандерами прямой сетевой водой из общестанционного коллектора. Греющая вода после газоводяного теплообменника направляется в общестанционный коллектор обратной сетевой воды. Агрегаты включаются параллельно дросселирующему устройству на ГРП и могут работать как по отдельности каждый, так и совместно. На них может быть подано до 70% поступающего на ТЭЦ газа.
Начальный период эксплуатации ДГА показал, что оба агрегата вполне работоспособны, просты в эксплуатации, мобильны. Так, с момента нажатия кнопки “Пуск” до полностью автоматизированного выхода турбины на режим холостого хода требуется 15 мин. Время выхода с режима холостого хода на режим с максимальной нагрузкой не превышает одного часа.
Проведенные в 1995 – 1996 гг. испытания [1] позволили установить взаимосвязь основных параметров, характеризующих работу ДГА (электри- ческая мощность, расход газа через детандер, давление и температура подогрева газа перед детандером, температура газа на выходе из детандера), определить зависимость внутреннего относительного КПД турбодетандера от его электрической мощности. По результатам обработки данных испытаний была построена номограмма (технологи- ческая карта режимов работы ДГА). Дальнейшая эксплуатация установки подтвердила правильность результатов испытаний.
Период освоения детандер-генераторных агрегатов на ТЭЦ-21 давно завершен. Теперь с уверенностью можно говорить о высоком уровне надежности данного типа агрегатов, изначально заложенной в них инженерами-конструкторами. Подтверждением этому может служить отсутствие за столь продолжительный срок эксплуатации ДГА
3 / ) ( ;2 / * . !!6 $ %%
|
|
Выработка |
Число ча- |
Коэффи- |
|
|
Ãîä |
электро- |
ñîâ |
циент |
Число |
|
энергии, |
использова- |
использова- |
пусков |
|
|
|
||||
|
|
òûñ. êÂò·÷ |
íèÿ, ÷ |
íèÿ, % |
|
|
|
|
|
|
|
1994 |
ã. |
1974 |
|
|
|
1995 |
ã. |
15 557 |
3465 |
17,8 |
|
1996 |
ã. |
35 727 |
9800 |
40,7 |
|
1997 |
ã. |
55 420 |
13 034 |
63,3 |
|
1998 |
ã. |
35 390 |
8020 |
40,4 |
|
1999 |
ã. |
– |
– |
– |
|
2000 |
ã. |
15 564 |
4733 |
17,7 |
41 |
2001 |
ã. |
45 228 |
11 131 |
51,6 |
42 |
2002 |
ã. |
52 242 |
12 467 |
59,6 |
31 |
|
|
|
|
|
|
За время эксп- |
|
|
|
|
|
луатации |
257 102 |
62 650 |
|
114 |
|
1994 |
– 2002 ãã. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
серьезных проблем с ними. Конечно, есть еще вопросы, которые необходимо решать. В основном они связаны с оптимизацией схемы подогрева газа перед турбодетандерами, дальнейшим повышением эффективности установки. Эксплуатация ДГА не требует большого числа обслуживающего персонала (один постоянно присутствующий оператор и один-два ремонтника – по необходимости), в то же время специалисты ТЭЦ не оставляют мысли о переводе агрегатов в полностью автономный режим работы.
За время эксплуатации (на 1 I 2003 г.) на ДГА выработано 257 102 тыс. кВт·ч электроэнергии. При этом общее время использования установки составило 62 650 ч. В таблице приводятся данные по выработке электроэнергии на ДГА и числу ча- сов использования по годам, начиная с 1994 г.
Там же приведены данные о коэффициенте использования установленной мощности и числе пусков (данные о числе пусков приводятся с момента перехода ДГА в собственность ОАО Мосэнерго – с 11 IX 2000 г.).
Анализ данных, приведенных в таблице, позволяет выделить три характерных этапа эксплуатации установки. Первый из них – с 1994 по 1997 г. – период освоения агрегатов. За это время были проведены испытания ДГА, решены вопросы надежности их работы и гарантированной подачи газа на энергетические котлы в случае аварийной ситуации на турбодетандерах. Выработка электроэнергии на ДГА непрерывно возрастала и в 1997 г. составила 55 420 тыс. кВт·ч, что более чем в 3 раза превышает выработку электроэнергии в 1995 г. Во время второго этапа – конец 1998 г. – вторая половина 2000 г. – ДГА практически не работали. Это было связано с тем, что в это время решался вопрос приобретения установки ОАО Мосэнерго. Со второй половины 2000 г. начался третий этап. ДГА были восстановлены после вынужденного простоя и в 2002 г. выработка электроэнергии на них практически достигла показателей 1997 г. Необходимо отметить, что в настоящее время решается вопрос об усовершенствовании системы подогрева газа в ДГА на ТЭЦ-21, что позволит повысить эффективность работы и производство электроэнергии на установке, особенно в летнее время.
В течение календарного года выработка электроэнергии на ДГА изменяется в зависимости от электрической и тепловой нагрузок ТЭЦ. На ðèñ. 2 иллюстрируются данные по месяцам 2002 г. Оче- видно, что уменьшение выработки электроэнергии в летние месяцы связано со значительным снижением расходов газа на ТЭЦ по сравнению с зимними месяцами. Следует отметить, что в летние месяцы из-за снижения расхода газа на ТЭЦ в эксплуатации находится лишь один ДГА.
16 |
2003, ¹ 10 |
В [2 – 7] приведены результаты теоретических исследований влияния ДГА на тепловую экономичность работы теплоэлектроцентралей. Так, было показано, что эффективность применения ДГА на ТЭЦ определяется, в основном, техникоэкономическими показателями и режимом работы основного оборудования, выбранной системой подогрева газа перед детандером. Особенно важно подчеркнуть, что при определении эффективности применения ДГА на электростанциях необходим, так называемый, “системный подход” [7], согласно которому влияние использования ДГА на тех- нико-экономические показатели работы следует определять для всей электростанции в целом, а не рассматривать его как отдельный, не связанный с основным оборудованием, агрегат.
Проведенные расчеты показали, что при работе оборудования ТЭЦ по тепловому графику использование ДГА позволяет уменьшить удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии для всей ТЭЦ на 0,1 – 0,3% исходного. При работе оборудования в конденсационном режиме уменьшение удельного расхода условного топлива на выработку электроэнергии может составить 1,0 – 1,2%. Длительный опыт эксплуатации ДГА показал, что включение ДГА в тепловую схему ТЭЦ на самом деле положительно сказалось на технико-экономических показателях работы электростанции в целом. Так, по данным ТЭЦ-21 снижение удельного расхода условного топлива на выработку электроэнергии за счет использования ДГА составило в 2002 г. около 1,25 г (кВт·ч).
Высокая энергетическая эффективность детан- дер-генераторных агрегатов определяется, в первую очередь, тем, что детандер не является тепловой машиной, для обеспечения работы которой, согласно Второму началу термодинамики, необходимо часть подведенной теплоты отдавать холодному источнику [7]. Природа детандера такова, что почти вся подведенная к нему теплота (за исключением механических потерь) может быть преобразована в механическую энергию.
Потенциал внедрения ДГА в энергетике страны достаточно велик. Так, по данным института Мосэнергопроект только в Мосэнерго может быть установлено более десяти агрегатов суммарной мощностью около 100 МВт.
Опыт эксплуатации головного детандер-гене- раторного агрегата на ТЭЦ-21 Мосэнерго показал, что их применение позволяет не только вырабо-
|
7000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
êÂò·÷ |
6000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
òûñ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
электроэнергии, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выработка |
1000 |
Февраль |
Ìàðò |
Апрель |
Ìàé |
Èþíü |
Èþëü |
Август |
Сентябрь |
Октябрь |
Ноябрь |
Декабрь |
Январь |
||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'( ) ;2 %%
тать дешевую дополнительную электроэнергию, но и заметно улучшить технико-экономические показатели работы электростанции в целом. Таким образом, ДГА могут быть рекомендованы к более широкому внедрению на электростанциях России.
Список литературы
1.Результаты испытаний ДГА на ТЭЦ-21 Агабабов В. С., Агабабов С. Г., Гуськов Ю. Л и др.– Вестник МЭИ, 2000,
¹2.
2.Методика определения термодинамической эффективности включения детандер-генераторных агрегатов в тепловую схему ТЭЦ Агабабов В. С., Гуськов Ю. Л., Кудрявый В. В., Аракелян Э. К. – Вестник МЭИ, 1996, ¹ 2.
3.Влияние детандер-генераторного агрегата на тепловую экономичность ТЭЦ Корягин А. В., Агабабов В. С., Аракелян Э. К. и др.– Электрические станции, 1997, специальный выпуск.
4.Агабабов В. С. Основные особенности применения детан- дер-генераторных агрегатов на ТЭЦ. – Энергосбережение и водоподготовка, 2002, ¹ 3.
5.Агабабов В. С. К выбору способа подогрева газа в детан- дер-генераторном агрегате на ТЭЦ. – Энергосбережение и водоподготовка, 2002, ¹ 4.
6.Агабабов В. С. Методика оценки влияния детандер-генера- торного агрегата на тепловую экономичность ТЭЦ. – Вестник МЭИ, 2002, ¹ 5.
7.Агабабов В. С. Корягин А. В. Определение энергетической эффективности использования детандер-генераторного агрегата в системах газоснабжения. – Теплоэнергетика, 2002,
¹12.
2003, ¹ 10 |
17 |