Исследование и разработка подходов к проектированию водоподготовительных установок для парогазовых ТЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат наук Гавриленко, Сергей Сергеевич

• Гавриленко, Сергей Сергеевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Гавриленко, Сергей Сергеевич

Содержание

Стр.

Список использованных сокращений

Введение

Глава 1. Аналитический обзор технологий водоподготовки и систем охлаждения конденсаторов турбин, применяемых на ТЭС

1.1. Тенденция роста доли парогазовых ТЭС в настоящее время

1.2. Технологии водоподготовки, применяемые на ТЭС

1.2.1. Предварительная очистка воды

1.2.2. Ионообменные методы очистки воды

1.2.3. Мембранные методы водоподготовки

1.2.4. Термические методы подготовки воды

1.3. Проблема поиска подходов к применению мембранных технологий на ВПУ для современных парогазовых ТЭС

1.4. Системы охлаждения конденсаторов турбин на ТЭС и проблемы их эксплуатации

1.4.1. Типы систем охлаждения

1.4.2. Проблемы эксплуатации систем оборотного охлаждения с башенными градирнями

1.4.3. Особенности конструкции и эксплуатации сухих вентиляторных градирен и применение их для ПТУ

1.5. Постановка задачи исследования

Глава 2. Разработка научно-практических подходов к созданию водоподготовительных установок для парогазовых ТЭС

2.1. Особенности тепловых схем ПГУ

2.2. Выбор современной технологии водоподготовки для подпитки котлов-утилизаторов ПГУ

2.3. Разработка схемно-технологических решений ВПУ на базе интегрированных мембранных технологий для парогазовых ТЭС

2.4. Схемно-технологические решения ВПУ комбинированных схем получения обессоленной воды для подпитки КУ и воды для подпитки теплосети

2.5. Подходы к разработке компоновочных решений зданий ХВО для вновь строящихся электростанций с блоками ПГУ

2.6. Выводы по главе 2

Глава 3. Опытно-промышленное исследование работы комбинированной схемы подготовки воды для подпитки КУ и теплосети Адлерской ТЭС

3.1. Особенности ВПУ Адлерской ТЭС

3.2. Схема ВПУ Адлерской ТЭС

3.4. Выводы по главе 3

Глава 4. Разработка подходов к созданию схем подготовки воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха СВГ. Опытно-промышленное исследование схемы подготовки воды для увлажнения охлаждающего воздуха СВГ Адлерской ТЭС

4.1. Особенности сухих вентиляторных градирен Адлерской ТЭС

4.2. Разработка подходов к проектированию схем подготовки воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха СВГ

4.3. Схема ВПУ для установки увлажнения охлаждающего воздуха СВГ Адлерской ТЭС

4.4. Выводы по главе 4

Заключение

Список литературы

98

Список использованных сокращений

ВПУ — водоподготовительная установка; ГТУ - газотурбинная установка; Д - декарбонизатор

ИМТ - интегрированные мембранные технологии;

ИО - ионообменное обессоливание;

КУ - котел-утилизатор;

МФ - механический фильтр;

HI - Н-катионитный фильтр первой ступени;

НИ - Н-катионитный фильтр первой ступени;

OHI - ОН-анионитный фильтр первой ступени;

ОНИ - ОН-анионитный фильтр первой ступени;

ОО - обратный осмос

ПГУ - парогазовая установка;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

ПДС - предельно допустимый сброс;

ПТ - паровая турбина;

ПТУ - паротурбинная установка;

СВГ - сухая вентиляторная градирня;

СОО - система оборотного охлаждения;

ТЭС - тепловая электростанция;

ТЭЦ - теплоэлектроцентраль;

УОО — установка обратноосмотического обессоливания;

УУФ - установка ультрафильтрации;

УЭДИ — установка электродеионизации;

ФСД - фильтр смешанного действия;

ХВО - химводоочистка.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка подходов к проектированию водоподготовительных установок для парогазовых ТЭС»

Введение

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

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

Наряду с исследованием возможности применения мембранных технологий при выборе современной технологии водоподготовки актуальной является задача поиска научно-технических подходов к созданию ВПУ, основанных на мембранных технологиях, для ТЭС с парогазовыми энергоблоками блоками, поскольку последние обладают рядом особенностей,

влияющими на проектирование ВПУ, а российская НТД в данной области является сильно устаревшей.

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

Эти теплообменные аппараты обладают рядом преимуществ перед классическими параболическими градирнями и прямоточными системами -компактностью конструкции, отсутствием продувки и теплового загрязнения водоемов. К основным недостаткам можно отнести повышенную энергопотребление и сложность конструкции (из-за наличия большого числа вентиляторов с крыльчаткой внушительных размеров) и, что особо стоит отметить, более низкий коэффициент теплопередачи, из-за которого в жаркие месяцы происходит недовыработка электроэнергии. Для устранения данной проблемы в «сухих» вентиляторных градирнях предусматривается распыление воды для снижения температуры охлаждающего воздуха и получения необходимой температуры циркуляционной воды, в результате чего, поддерживается заданный вакуум в конденсаторе. Распыляемая в градирне вода должна пройти специальную обработку (очистку от механических примесей и обессоливание), так как применение необработанной воды приводит к заносу теплопередающих поверхностей градирни, вследствие чего падает коэффициент теплопередачи, ухудшается вакуум в конденсаторе и происходит недовыработка электроэнергии.

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

Таким образом, цель диссертационной работы заключается в разработке научно-технических подходов к созданию ВПУ на основе

современных мембранных технологий для парогазовых ТЭС и разработке подходов к проектированию специализированных ВПУ для систем увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен.

Научная новизна работы заключается в следующем:

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

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

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

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

Результаты исследования использованы при проектировании ВПУ Адлерской ТЭС, выведенной на проектную производительность в ноябре 2012 года, и ВПУ Серовской ГРЭС, пуск которой назначен на 2015 год.

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

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Основной материал изложен на 107 страницах, включает 40 рисунков, 12 таблиц и 5 формул. Список литературы включает 89 наименований.

Глава 1. Аналитический обзор технологий водоподготовки и систем охлаждения конденсаторов турбин, применяемых на ТЭС

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

1.1. Тенденция роста доли парогазовых ТЭС в настоящее время

В любой стране энергетика является одной из базовых отраслей экономики. От ее состояния и уровня развития зависят темпы роста других отраслей хозяйства. Энергетика создает предпосылки для применения новых технологий, обеспечивает современный уровень жизни населения. Одновременно работа энергетики оказывает негативное влияние на окружающую среду за счет теплового загрязнения, выбросов продуктов сгорания топлива, шумового воздействия и др.

В последние десятилетия в России, как и во всем мире, при проектировании новых электростанций предпочтение отдается энергоблокам, основанным на парогазовой технологии, которая является одним из наиболее перспективных направлений развития энергетики. Применение парогазовых технологий позволяет повысить экономическую эффективность и экологические показатели энергосистемы, снизить сроки строительства энергоблоков. При этом ПГУ с КУ - единственные в мире энергетические установки, КПД которых, при выработке электроэнергии в конденсационном режиме, достигает 55-60% [1,2].

Эксплуатационные издержки современной ПГУ вдвое ниже по сравнению с издержками на пылеугольной ТЭС, а удельные капитальные затраты ниже в 2-2,5 раза. Сроки строительства ПГУ с КУ намного (в 2-4 раза) короче, чем сроки строительства мощных ТЭС других типов [1].

Для нашей страны дополнительным стимулом при строительстве ПГУ является то, что основой российского топливно-энергетического комплекса является природный газ.

Новым фактором, говорящим в пользу выбора ПГУ, как основной технологии получения электроэнергии, является активно развиваемая в последние годы технология добычи сланцевого газа. К примеру, в 2009 году США благодаря добыче сланцевого газа обогнали Россию по объемам добычи газа и превратились из импортера в экспортера природного газа [3]. Однако рентабельность и экологичность технологии добычи сланцевого газа остаются в настоящее время открытым вопросом [4].

Другим перспективным источником природного газа могут стать газовые гидраты, залежи которых находятся в мировом океане. Пробная разработка газогидратного месторождения начата в Японии в 2012 году. Предполагаемые запасы газа в газогидратах превосходят суммарные запасы природного газа обычного заложения и сланцевого газа в 200 раз [5].

Парогазовые установки могут также работать при использовании в ГТУ тяжелого нефтяного топлива, сырой нефти, побочных продуктов переработки нефти. По оценке российских ученых одной из перспективных тенденций в развитии энергетических технологий является разработка ПГУ с технологией газификации угля [6].

Таким образом, не смотря на споры вокруг способа получения газового топлива, многие исследования говорят о высокой перспективности разработки парогазовых технологий [6-10].

1.2. Технологии водоподготовки, применяемые на ТЭС

При подготовке добавочной воды для пароводяного цикла ТЭС используют различные методы: химический, мембранный, термический или их комбинацию. Ниже описаны наиболее часто применяемые технологии очистки воды, рассмотрены их достоинства и недостатки.

1.2.1. Предварительная очистка воды

Стадия предварительной очистки применяется при использовании вод из поверхностных источников с целью осветления воды, удаления коллоидных и грубодисперсных примесей, снижения содержания кремнекислых соединений [11].

На российских электростанциях для удаления коллоидных веществ из

о

воды с низкой щёлочностью (до 2,5 мг-экв/дм ) обычно применяют коагуляцию (с флокуляцией и без нее) [11]. Для воды с более высокой щёлочностью коагуляцию совмещают с известкованием. Совместно с известью может применяться также сода. Данные процессы производятся в осветлителе, где образовавшийся в результате известкования и коагуляции осадок фильтруется через взвешенный в восходящем потоке воды слой шлама [12,13].

Применение извести позволяет снизить щёлочность и жёсткость обрабатываемой воды и, как следствие, сокращение расходов реагентов (кислоты и щелочи) для регенерации ионообменных фильтров при последующем химическом обессоливании [14].

Вместе с тем, использование извести приводит к образованию большого объема шламовых вод, выводимых с продувкой осветлителя, утилизация которых представляет собой серьезную проблему [15,16]. Для утилизации шламовых вод могут применяться фильтры-прессы различной конструкции (полученный на фильтр-пресс шлам вывозится на полигон

отходов). Кроме того, шламовые воды можно направить на золоотвал пылеугольной ТЭС. В свою очередь, применение различных коагулянтов ведет к увеличению концентрации сульфат-ионов и хлорид-ионов, что ложится дополнительной нагрузкой на первую ступень обессоливания.

К основным минусам применения осветлителей можно отнести высокую стоимость строительства этих аппаратов, сложность автоматизации, необходимость наличия большого количества вспомогательного оборудования (склада реагентов, установок приготовления и дозирования растворов коагулянта и извести).

Из технологий, получивших распространение в мировой практике, можно отметить осветлители Асййо, в которых применяется рециркуляция микропеска, частицы которого используется в качестве центров хлопьеобразования. Микропесок обеспечивает развитую поверхность, которая усиливает процесс флокуляции, и является балластом, ускоряющим процесс осаждения. Благодаря данной технологии существенно уменьшаются размеры осветлителя, снижается расход реагентов, обеспечивается высокое качество очищенной воды [17-19].

После осветлителя проводится механическая фильтрация осветленной воды. Она осуществляется на механических фильтрах, загруженных антрацитом или гидроантрацитом, с целью задержания взвесей, выносимых из осветлителя [13].

За рубежом получили распространение фильтры с движущимся слоем песка БупаБапё (механические фильтры непрерывного действия), обладающие высокой грязеемкостью и стабильно высоким качеством очищенной воды, при одновременном проведении процессов регенерации загрузки и очистки воды [20-22].

Современной технологией предочистки, способной заменить осветлитель и механические фильтры является ультрафильтрация. Ультрафильтрация - это процесс мембранного разделения, основанный на сепарации или «просеивания» частиц в зависимости от их размера. В

установке ультрафильтрации вода проходит через специальные мембраны, представляющие собой пористые перегородки с определённым (как правило, 0,01-0,1 мм) размером отверстий. Частицы, размер которых превышает максимальный размер пор, задерживаются мембраной. Ультрафильтрация также может сочетаться с коагуляцией [23-25].

Среди различных вариантов ультрафильтрации различают напорную и вакуумную фильтрацию. Напорное фильтрование может реализоваться в двух режимах - тупиковым с обратной промывкой и тангенциальным. В энергетике наибольшее распространение получила технология ультрафильтрации, работающая в режиме напорной тупиковой фильтрации с регенерацией обратным током воды, реализованная в установках с вертикально расположенными половолоконными мембранными элементами [23]. Пример такой установки изображен на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Установка ультрафильтрации

Применение ультрафильтрации позволяет удалять из воды не только взвешенные и коллоидные вещества, но и макромолекулы, микробиологические загрязнения, белки [26-28].

К недостаткам процесса ультрафильтрации можно отнести большой расход воды на собственные нужды (до 30%) и наличие большого числа переключающихся элементов, что снижает общую надёжность установки.

1.2.2. Ионообменные методы очистки воды

В настоящее время главным способом подготовки обессоленной воды на водоподготовительных установках ТЭС в России является ионный обмен. В основном документе для проектирования ВНТП 81 [29] достаточно подробно описываются варианты применения технологий ИО для различных типов вод.

Для подготовки воды для подпитки закрытой теплосети в подавляющем большинстве случаев производится умягчение по схеме одно- либо двухступенчатого Ка-катионирования, может применяться также параллельное Н-Ыа-катионирование, Ма-катионирование с подкислением и последующей декарбонизацией. Для открытой теплосети воду для подпитки можно готовить по схеме Н-катионирования с «голодной» регенерацией [13,29].

Для подготовки добавочной воды для подпитки барабанных котлов повышенных параметров и прямоточных котлов применяют схемы двух- или трехступенчатого ионного обмена с установкой фильтров смешанного действия в качестве финишной ступени очистки [13,30].

К достоинствам ионного обмена можно отнести:

- возможность автоматизации;

- надежность работы при различном солесодержании исходной воды;

- распространённость и хорошая изученность метода.

- высокая степень обессоливания очищенной воды;

Основные недостатки метода ионообменного обессоливания:

- высокие удельные расходы реагентов на регенерацию (как, правило, превышающие стехиометрические в 1,5-3,0 раза);

- образование значительного количества высоко минерализованных сточных вод.

ВПУ большинства ТЭС России спроектированы в основном по устаревшим параллельноточным схемам [31]. За рубежом широкое распространение получили противоточные технологии [32-35] с двумя разновидностями противоточной регенерации:

- с рабочим потоком, направленным снизу-вверх, а регенерацией - в направлении сверху-вниз (8сЬ\уеЬеЬей, АтЬеграск);

- с рабочим потоком, направленным сверху-вниз, а регенерацией - в направлении снизу-вверх (UP.CO.RE).

Применение противоточных ионообменных технологий дает возможность сократить объемы потребления химических реагентов и воды для регенерации, и, как следствие, объем сбросных вод, снизить продолжительность процесса регенерации.

1.2.3. Мембранные методы водоподготовки

Обратный осмос является одним из наиболее часто применяемых способов мембранного разделения [23]. Данная технология основана на обратимости процесса естественного (прямого) осмоса — самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор. Чтобы провести обработку воды по технологии обратного осмоса нужно создать избыточное давление (превышающее осмотическое), чтобы заставить молекулы воды диффундировать через полупроницаемую мембрану в направлении, противоположном естественному (прямому) осмосу [13].

Процесс обессоливания с использованием технологии обратного осмоса хорошо отработан с точки зрения его организации, аппаратурного оформления и автоматизации.

К главным преимуществам данного метода можно отнести:

- компактность установок;

- экологичность процесса (в связи с возможностью сброса концентрата УОО с солесодержанием до ПДК и отсутствием постоянных высоко минерализованных стоков);

- отсутствие необходимости использования высококонцентрированных кислот и щелочей,

- высокая степень обессоливания (получаемый пермеат содержит 1-2% исходных солей);

Основные недостатки данного метода:

- необходимость дообессоливания пермеата;

- высокое энергопотребление;

- высокие требования к качеству воды, подаваемой на установку обратного осмоса, которые трудно обеспечить на «традиционной» предочистке с использованием осветлителей [36-39]. Пример установки обратного осмоса изображен на рисунке 1.2.

Рис. 1.2. Установка обратного осмоса

Электродиализ. Электродиализом называется процесс удаления из раствора ионов растворенных веществ путем избирательного их переноса

через мембраны, селективные к этим ионам, в постоянном электрическом поле.

Область применения электродиализных аппаратом ограничивается солесодержанием растворов 0,5-10 г/л, поскольку при меньших концентрациях падает проводимость раствора, а при больших процесс становится экономически невыгоден из-за роста энергозатрат [13,23, 40-42].

В отечественной промышленной водоподготовке электродиализ был внедрен в 70-80 годы XX года. Однако нестабильность работы данных установок и появление промышленных УОО снизили интерес к методу электродиализа применительно к водоподготовке для энергетики.

Электродеионизация. Электродеионизация — это процесс непрерывного обессоливания воды, использующий постоянное магнитное поле в комбинации с ионообменными мембранами и ионообменными смолами для выделения растворенных ионов из воды. Основной движущей силой процесса электродеионизации является разность потенциалов постоянного электрического поля по обе стороны мембранного канала, заполненного ионообменной смолой. Разность потенциалов обеспечивает перенос растворенных ионов из потока воды через ионселективные мембраны и непрерывную регенерацию смол. Под действием электрического поля анионы на своем пути к аноду проходят анионообменные мембраны, а катионы на пути к катоду - катионообменные мембраны. Благодаря этому между обеими ионообменными мембранами образуется раствор с повышенной концентрацией солей (концентрат) [23, 43, 44].

В России установки электродеионизации впервые были установлены на заводах микроэлектроники и медицинской техники [45,46].

На ТЭС установки электродеионизации пока не получили широкого распространения, однако их преимущества — непрерывность процесса обессоливания, низкие затраты на обслуживание и др. — позволяют говорить о перспективности данного метода для получения глубоко обессоленной воды, и являться, таким образом, альтернативой фильтрам смешанного

действия. УЭДИ, работающие в настоящее время на ТЭС России, представляют собой один или несколько стэков с трубопроводной обвязкой, арматурой и КИП. Пример установки электродеионизации приведен на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Установка электродеионизации 1.2.4. Термические методы подготовки воды

В основе термической водоподготовки лежит принцип концентрирования примесей в процессе парообразования. Очищенной водой при этом является конденсат получаемого (вторичного) пара. Парообразование (с концентрированием примесей) может происходить в трубной системе (в испарителях поверхностного типа) или в объеме при вскипании воды за счет снижения ее давления (в испарителях мгновенного вскипания) [13].

В России наиболее распространены испарители кипящего типа «И» (производства ОАО «ТКЗ Красный котельщик»). Как правило, их применяют в виде многоступенчатых испарительных установок (МИУ) с конденсацией вторичного пара предыдущего испарителя на поверхности (греющей секции)

последующего. Для данного типа испарителей исходная вода проходит предварительную очистку методом двухступенчатого Ка-катионирования либо параллельного Н-Ыа-катионирования [41,47,48].

В многоступенчатых испарительных установках мгновенного вскипания неиспарившаяся в объеме предыдущей ступени вода поступает в объем последующей ступени. Давление в объемах ступеней последовательно снижается.

Термическая водоподготовка хорошо зарекомендовала себя в качестве эффективного метода обессоливания вод с высоким солесодержанием (в частности, опреснения морских вод) [13, 30, 47].

Среди недостатков данного метода можно отметить высокую металлоемкость испарительных установок, а также необходимость дополнительной очистки получаемого конденсата (для достижения показателей качества воды для подпитки котлов).

Другим немаловажным фактором редкого применения испарителей для водоподготовки на ТЭС является то, что установка испарителя требует включения его в тепловую схему ТЭС на стадии предварительного проектирования, а проектирование тепловых схем и схем водоподготовки ведется разными специалистами.

1.3. Проблема поиска подходов к применению мембранных технологий на ВПУ для современных парогазовых ТЭС

При подготовке глубоко обессоленной воды для подпитки конденсатно-питательного тракта энергоблоков ТЭС в России обычно применяются «традиционные» технологии: для предварительной очистки - известкование с коагуляцией, либо только коагуляция в осветлителе, для обессоливания — фильтрование на ионообменных фильтрах. При этом основные нормативные документы, регламентирующие проектирование ВПУ для ТЭС, не распространяются на ПТУ и не содержат конкретных рекомендаций по

применению мембранных технологий. В основном документе для проектирования ВНТП 81 сказано только, что «химическое обессоливание при необходимости совмещается с мембранными методами» [29]. Поэтому при внедрении мембранных технологий при строительстве новых парогазовых ТЭС проектировщики зачастую пытаются применять «традиционные» подходы, что часто ведет к неудачным технологическим и компоновочным решениям.

Несмотря на достаточно большой опыт использования мембранных технологий в отечественной энергетике, их внедрение зачастую носит «экспериментальный» и несистемный характер, что делает проблему поиска подходов к созданию ВПУ на основе мембранных технологий для современных парогазовых ТЭС актуальной задачей.

1.4. Системы охлаждения конденсаторов турбин на ТЭС и проблемы их эксплуатации

Основная часть природной воды, потребляемой на ТЭС, используется в системах охлаждения для конденсации пара. При этом расходы охлаждающей воды достаточно велики - до 100 кг на конденсацию 1 кг пара.

Выбор типа системы охлаждения производится на основе технико-экономического расчета в зависимости от технологических требований к температуре охлажденной воды, климатических условий, района расположения, условий площадки строительства [13].

1.4.1. Типы систем охлаждения

В настоящее время в энергетике используются прямоточные системы охлаждения (при наличии водопотоков с большим дебетом воды) и оборотные системы различного типа.

При прямоточной системе вода забирается непосредственно из естественного источника и после использования сбрасывается в тот же источник ниже по течению, что приводит к повышению температуры потока воды (т.н. тепловому загрязнению) [13]. В настоящее время в России при строительстве новых ТЭС применение такой системы запрещено. Принципиальная схема прямоточного охлаждения конденсаторов изображена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Принципиальная схема прямоточного охлаждения конденсаторов. 1 - турбина; 2- конденсатор турбины; 3 — циркуляционный насос; 4 - конденсатный насос.

Оборотные системы охлаждения бывают следующих видов:

- с прудами-охладителями;

- с брызгальными бассейнами;

- с градирнями;

В оборотных системах с прудами-охладителями охлаждение воды происходит с поверхности зеркала воды, участвующей в теплообмене (активная зона водохранилища). Данный тип оборотной системы применяется при расположении электростанции вблизи естественных водоемов и рек, где имеются благоприятные условия для их сооружения.

4

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гавриленко, Сергей Сергеевич, 2014 год

Список литературы

1. Цанев C.B., Буров В.Д., Ремизов А.Н.. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / Под ред. C.B. Цанева - М.: Издательство МЭИ, 2002. - е., ил.

2. Саламов A.A. Развитие европейской теплоэнергетики. // Энергетика за рубежом, 2008, №6. - С.3-16.

3. US to take on rivals in natural gas, Financial Times, 07.10.2010 r.

4. Сланцевая революция. Из Америки в Европу. Energyland.info (24 августа 2010 г).

5. Бородин К.А. В Японии начат 1-й в мире эксперимент по добыче метаногидратов. // energo-news.ru. 24 июня 2012.

6. Кожуховский И.С. Перспективы развития угольной энергетики России до 2030 г. // Электрические станции, 2012, №8. - С.2-8.

7. Кожуховский И.С. Анализ ситуации и прогноз развития электроэнергетики. // Электрические станции, 2009, №6. — С.2-6.

8. Ольховский Г.Г. Тепловая энергетика в начале XXI века. // Электрические станции, 2011, №6. - С.3-12.

9. Ольховский Г.Г., Тумановский А.Г. Теплоэнергетические технологии в период до 2030 г. // Известия российской академии наук. Энергетика, 2008, №6. - С.79-94.

10. Smith D.J. Advanced Gas Turbines Yield High Efficiency/D.J. Smith//Low Emissions Power Engineering International Conf. June 1994. P. 27 - 31.

11. Виноградов B.H., Смирнов Б.А., Жадан A.B., Аван B.K. Повышение эффективности осветлителей для коагуляционной обработки воды // Теплоэнергетика, 2010, № 8. - С. 14-16.

12. Беликов С.Е. Водоподготовка: Справочник. М.: Аква-Терм, 2007. — 240 с.

13. Копылов A.C., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике: Учебное пособие для вузов. - М.: Изд-во МЭИ, 2003. - 310 е.: ил.

14. Повышение экологической безопасности тепловых электростанций: Учеб. пособие для вузов / А.И. Абрамов, Д.П. Елизаров, А.Н. Ремезов и др.; Под ред. A.C. Седлова. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 378 е., ил.

15. Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок.-М.: Энергия, 1976. - 288с.

16. Богловский A.B., Копылов A.C., Очков В.Ф., и др. Предварительная очистка воды в схемах водоподготовки: учебное пособие. - М.: Издательство МЭИ, 2002.

17. В.Н. Виноградов, A.B. Жадан, Б.А. Смирнов, О.В. Смирнов, В.К. Аван, Е.А. Карпычев. Обобщение опытов предварительной очистки воды наТЭС. //Вестник ИГЭУ.2011. №1. -С.10-18.

18. Жадан A.B., Смирнов Б.А., Смирнов О.В., Виноградов В.Н., Аван В.К., Карпычев Е.А. Сравнение способов предварительной очистки воды на ТЭС. Флокуляция, микрофильтрование и обработка в осветлителях с микропеском. // V Всероссийская научно-практическая конференция «Повышение эффективности энергетического оборудования».: 1-2 ноября 2010 г. Материалы конференции. -Иваново: ГОУ ВПО Ивановский государственный энергетический университет, 2010 г. - С. 126-134.

19. Сайт компании Veolia Water Solutions & Technologies. www.veoliawaterst.com

20. Josephsson В. Nordic Water Products AB, Contact filtration in continuous DynaSand filter: 5th Nordic Filtration Symposium. - Gothenburg, August 26-27, 1999.

21. Песчаный фильтр DynaSand // Водоочистка. - 2012. - № 12. - С. 60-63.

22. Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. - М.: ДеЛи принт. 2004. — 328 с.

23. Пантелеев A.A., Рябчиков Б.Е., Хоружий О.В., Громов C.JL, Сидоров А.Р. Технологии мембранного разделения в промышленной водоподготовке. - М.: ДеЛи плюс, 2012. - 429 с.

24. Бушуев E.H., Новоселова A.C. Выбор экологически эффективной технологии водоподготовки на Заинской ГРЭС // Вестник ИГЭУ. 2008. №4,- С.8-12.

25. Фрог Б. Н. Водоподготовка. - М.: МГУ, 2001. - 680 с.

26. Андрианов А. П., Спицов Д. В., Первов А. Г., Юрчевский Е. Б. Мембранные методы очистки поверхностных вод // Водоснабжение и санитарная техника. - 2009. - №7. - С.29-35.

27. Первов А. Г., Андрианов А. П., Юрчевский Е. Б. Совершенствование систем очистки поверхностной воды // Аква-Терм. - 2008. - №4. - С.З-7.

28. Татаринов H.A., Самодуров А.Н., Лысенко С.Е. и др. Технологии ультрафильтрации в задачах промышленной водоподготовки // Водоснабжение и канализация. 2010. № 7-8. С. 91-99.

29. Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций/ВНТП 81. - М.: Министерство энергетики и электрификации СССР, 1981.- 123 с.

30. Водоподготовка: Процессы и аппараты: Учеб. пособие для вузов / A.A. Громогласов, A.C. Копылов, А.П. Пилыциков; Под ред. О.И. Мартыно- вой. -М.: Энергоатомиздат, 1990. - 272 е.: ил.

31. Ларин Б. М. и др. Анализ существующих технологий водоподготовки на тепловых электростанциях // Энергосбережение и водоподготовка. -2002. -№2.-С. 11-19

32. Громов С.Л., Пантелеев A.A. Технологии противоточной регенерации ионитов для водоподготовки. Часть 1 //Теплоэнергетика, 2006, №8. -С.33-37.

33. Громов С.Л., Пантелеев A.A. Технологии противоточной регенерации ионитов для водоподготовки. Часть 2 // Теплоэнергетика, 2006, №11.-С.50-55.

34. Опыт эксплуатации фильтров с противоточной технологией регенерации ионитов для водоподготовки химических цехов ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 г.Волжского / Проскурякова Р.Г., Еременко В.В., Ракова И.В., Стребкова H.A. // Энергосбережение и водоподготовка. 2008. № 4. - С. 43-44.

35. Судиловский П.С., Ноев Н.В., Морин П.Б. К выбору технологии водоподготовки для подпитки паровых котлов // Энергосбережение и водоподготовка. 2009. №2.-С. 2-8.

36. Использование метода обратного осмоса для водоподготовки в теплоэнергетике / А.Н. Самодуров, С.Е. Лысенко, С.Л. Громов, A.A. Пантелеев // Теплоэнергетика, 2006, № 6. - С.26-30.

37. Юрчевский Е.Б., Первов А.Г. Применение ультрафильтрации в сочетании с обратноосмотической технологией для обессоливания добавочной воды ТЭС // Теплоэнергетика, 2004, №7. - С.25-31.

38. Аскерния А. А., Малахов И. А., Корабельников В. М., Боровкова И. И., Гришин А. А., Чернов Е. Ф., Спирин Н. Н., Лебедев В. Ю. Опыт эксплуатации установок обратноосмотического обессоливания воды на ТЭС и в промышленных котельных // Теплоэнергетика. — 2005. — №7.-С. 17-25.

39. Громов С.Л. Критические параметры обратного осмоса и противоточного ионного обмена // Энергосбережение и водоподготовка. - 2004. - №5. - С. 13-25.

40. РД 34.37.105-89. Методические указания по проектированию электродиализных установок для обессоливания воды на тепловых

электрических станциях. - M.: ВТИ им. Ф.Э.Дзержинского, 1990. - 32 с.

41. Стерман JI.C., Покровский В.Н. Физические и химические методы обработки воды на ТЭС: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1991.-328 е.: ил.

42. Яковлев C.B. Технология электрохимической очистки воды: - Д.: Стройиздат. Лениградское отделение, 1987.

43. Электродеионизация дополняет технологии ионообменных смол и обратного осмоса /Чанг Ли, Хернон Брайан Р., Бернитц Франсин С. / Миров, элек- троэнерг. инст. - 1998.-№4.-с.32-34.-Рус.

44. Power generation: Continuous electrodeionisation for power plants // Filtration + Separation. 2008. - June. - P. 17-19.

45. Сайт ЗАО «НПК «Медиана-Фильтр», http://www.mediama-filter.ru.

46. Черкасов С. Электроионизация воды: теория и практика применения // Энергослужба предприятия. - 2005. - N 4. - С.21-26.

47. Организация водно-химического режима термической водоподготовки / A.B. Богловский, В.Б. Чернозубов, Н.Е. Черных и др. // Теплоэнергетика, 2007, №7. - С. 15-19.

48. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. Министерство энергетики РФ. М.:ЗАО «Энерго-сервис», 2003-368с.

49. Фарфаровский Б.С., Фарфаровский В.Б. Охладители циркуляционной воды тепловых электростанций// Л.: Энергия, 1972. С.112.

50. Пономаренко B.C., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий // Справочное пособие / Под общ. ред. В.С.Пономаренко.-М.: Энергоатомиздат, 1998.

51. Гладков В.А., Арефьев Ю.И., Пономаренко B.C. Вентиляторные градирни//М.: Стройиздат, 1976.-С.216.

52. Лаптев А.Г. Устройство и расчет промышленных градирен/ А.Г. Лаптев, H.A. Ведьгаева. // Казань, КГЭУ, 2004.

53. Кучеренко Д.И., Гладков В.Н. Оборотное водоснабжение.- М.: Стройиздат, 1980.- 169 с.

54. Пособие по проектированию градирен. (К СНиП 2.04.02-084 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения"). / ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - С. 190.

55. Проблемы подготовки воды для увлажнения охлаждающего воздуха «сухих» вентиляторных градирен / Гавриленко С.С., Очков В.Ф. // XIX международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. - Москва. 2013. - Т.4. - С. 95.

56. Сайт компании GEA Group AG. http://geaenergy.ru.

57. Тепловые электрические станции: учебник для вузов. / В.Д. Буров, Е.В. Дорохов, Д.П. Елизаров и др.; под ред. В.М. Лавыгина, А.С. Седлова, СВ. Цанева. — 3-е изд., стереот. — М. : Издательский дом МЭИ, 2009.—466 с: ил.

58. СТО 70238424.27.100.013-2009. Водоподготовительные установки и водно-химический режим ТЭС. Условия создания. Нормы и требования.

59. Therkildsen S.E. Water Chemistry Control and Monitoring Concept to Avoid Chemistry Related Failures in Small Combined Heat and Power Plants. Proc. Seventh Int. EPRI Conference on Cycle Chemistry in Fossil Plants, June 3-5, 2003, Houston, TX, USA p. 2.3-2.17

60. Svoboda R., Gabrielly F., Liebig E., Hens H., Sandmann H. Combined Cycle Power Plant Chemistry - Concepts and Field Experience. Proc. Sixth Int. EPRI Conf. on Cycle Chemistry in Fossil Plants. June 27-29,2000 Columbus, Ohio, USA. P. 34.1-34.20

61. Очков В.Ф., Гавриленко C.C. Сетевой, открытый, интерактивный расчет «классической» схемы обессоливания // Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение, №8, 2010, С. 44-47.

62. Очков В.Ф., Гавриленко С.С. Программированный выбор фильтров // Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение, №7, 2010, С. 48-50.

63. Громов C.JL, Ковалев М.П., Лысенко С.Е., Пантелеев А.А., Самодуров А.Н., Сидоров А.Р. Использование современных интегрированных мембранных технологий для улучшения качества питательной воды на предприятиях энергетики // Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение. 2008. № 2. - С.20-29.

64. Громов С.Л., Пантелеев А.А., Сидоров А.Р. Опыт применения интегрированных мембранных технологий // Материалы конференции International Water Association Мембранные технологии в водоподготовке и очистке сточных вод ЭКВАТЭК-2008 (Москва, 0204 июня 2008). - M.: SIBICO International Ltd. 2008.

65. Кирилина А.В., Суслов С.Ю. Новые требования к качеству воды для подпитки энергоблоков. // Энергетик. 2009. №7. - С.29-31

66. Ларин Б.М., Короткое А.Н., Опарин М.Ю., Ларин А.Б. Совершенствование технологии обработки воды с высоким содержанием железо-органических примесей для энергоблока ОАО «Ивановские ПТУ». // Вестник ИГЭУ. 2009. №2. - С.2-6.

67. РД 153-34.0-02.405-99. Методические указания по нормированию сбросов загрязняющих веществ со сточными водами тепловых электростанций. - М: АООТ «ВТИ», 2000.-24 с.

68. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод: санитарные правила и нормы. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2000.

69. Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. - М.: ТОО «Мединор», 1995. - 220 с.

70. Запуск системы водоподготовки Путиловской ТЭЦ на базе интегрированных мембранных технологий // Вести в электроэнерг. -2010. - N 6. - С.52-53.

71. Пантелеев A.A., Рябчиков Б.Е., Жадан A.B., Хоружий О.В. Проектные решения водоподготовительных установок на основе мембранных технологий. // Теплоэнергетика. 2012. №7. С.30-36.

72. Ковалев М.П., Жадан A.B., Пантелеев A.A., Орлов К.А., Кирилина A.B. Выбор технологических схем при строительстве новых и реконструкции старых водоподготовительных установок // Водоподготовка и водно-химические режимы ТЭС. Цели и задачи // Сб. докл.- Межд. научн.-техн. конф., 21-23 мая 2013 г. - М.: ОАО «ВТИ», 2013. -260 с.

73. Экономическое сравнение технологий обессоливания добавочной воды энергетических котлов высокого давления / В.В. Ноев, Т.Ф Быстрова. и др. // Энергосбережение и водоподготовка, 1998, №1- С. 47-52.

74. Мамет А.П., Ситняковский Ю.А. Сравнение экономичности ионитно-го и обратноосмотического обессоливания воды // Электрические станции, 2002, №6. - С.63-66.

75. An Economic Comparison of Reverse Osmosis and Ion Exchange in Europe, Ion Exchange Developments and Applications // P.A. Newell, S.P. Wrigley, P. Sehn and S.S. Whipple // proceeding of IEX'96, Royal Society of Chemistry. P. 59-66.

76. Beardsley S., Coker S., and Whipple S. The Economics of Reverse Osmosis and Ion Exchange // Paper presented at WATERTECH'94, Nov 911, 1994.

77. Scott S. Beardsiey, Steven D. Coker, Sharon S. Whipple. Dow Chemical Co. "Demineralization. The economics of reverse osmosisand ion exchange". - Ultpure water, 1995, march.

78. Gerard R., Laflamme R. Technology Selection Tools for Boiler Feedwater Application // Paper presented at Abu Qir WTT Conference 2008 (Tech Paper GE 1160EN).

79. РД 153-34.1-09.456-00. Методика расчета себестоимости воды, вырабатываемой на водоподготовительных установках ТЭС.

80. Чернышев Е.В., Богданов C.JL, Ткачева JI.H. и др. Реконструкция ХВО первой и второй очередей ТЭЦ-22 ОАО "Мосэнерго" - новый взгляд на старые проблемы // Электрические станции. 2005. № 11. С. 18-19.

81. Пантелеев A.A., Жадан A.B., Громов С.Л., Тропина Д.В., Архипова О.В. Пуск системы водоподготовки ПГУ-410 на Краснодарской ТЭЦ. // Теплоэнергетика. 2012. №7. - С.37-39.

82. Очков В.Ф., Гавриленко С.С. Применение интегрированных мембранных технологий очистки воды в энергетике на примере Адлерской ТЭС// Водоснабжение и канализация, № 7-8, 2012 г., С. 7883.

83. Очков В.Ф., Гавриленко С.С. Комплексное применение мембранных технологий очистки воды в энергетике на примере Адлерской ТЭС // Новое в российской электроэнергетике, №10, 2012 г. С. 26-34.

84. Комплексное применение мембранных технологий очистки воды в энергетике на примере Адлерской ТЭС / Гавриленко С.С., Очков В.Ф. // XVIII международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. - Москва. 2012. - Т.4. - С. 137.

85. Очков В.Ф., Чудова Ю.В. Анализ качества питательной воды и корректировка производительности для обратноосмотических и нанофильтрационных установок // Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение. 2010. № 2. - С.44-48.

86. Копылов A.C., Очков В.Ф., Чудова Ю.В. Процессы и аппараты передовых технологий водоподготовки и их программированные расчеты: учеб. пособие для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2009.

87. Пантелеев A.A., Очков В.Ф., Орлов К.А., Гавриленко С.С. Подходы к проектированию и оптимизации водоподготовительных установок,

основанных на интегрированных мембранных технологиях // Энергосбережение и водоподготовка, №6, 2013, С. 14-18.

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

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