В.Л. Гудзюк, П

А. Пролетный пар , вызываемый отсутствием или отказом конденсатоотводчика (к.о.). Самым существенным источником потерь является пролетный пар. Классическим примером неверно понимаемой системы является преднамеренный отказ от установки к.о. в так называемых закрытых системах, когда пар всегда где-то конденсируется и возвращается в котельную.

Данные потери особенно велики при пуске и прогреве СПИ. «Экономия» на к.о. и их установка с недостаточной пропускной способностью, необходимой для автоматического отвода повышенного объема конденсата, приводят к необходимости открытия байпасов или сбросу конденсата в дренаж. Время прогрева систем увеличивается в несколько раз, потери очевидны. Поэтому к.о. должен иметь достаточный запас по пропускной способности, чтобы обеспечить отвод конденсата при пусковых и переходных режимах. В зависимости от типов теплообменного оборудования запас по пропускной способности может составлять от 2-х до 5.

Чтобы избежать гидроударов и непроизводительных ручных продувок, следует обеспечивать автоматический дренаж конденсата при остановах СПИ или при колебаниях нагрузок с помощью установки к.о. с разными диапазонами рабочих давлений, промежуточных станций сбора и перекачки конденсата или принудительной автоматической продувки теплообменных агрегатов. Конкретная реализация зависит от фактических технико-экономических условий. В частности, следует иметь в виду, что к.о. с перевернутым стаканом при перепаде давления, превышающим его рабочий диапазон, закрывается. Поэтому схема автоматического дренажа теплообменника при падении давления пара, приведенная ниже, является просто реализуемой, надежной и эффективной.

Следует иметь в виду, что потери пара через нерегулируемые отверстия непрерывны, и любые средства имитации к.о. нерегулируемыми устройствами типа «прикрытый вентиль», гидрозатвор и т.п. в конечном итоге приводят к большим потерям, чем первоначальный выигрыш. В табл.1 приведен пример количества пара, безвозвратно теряемого за счет утечек через отверстия при различных давлениях пара.

Таблица 1. Утечки пара через отверстия различного диаметра
Давление. бари	Условный диаметр отверстия	Потери пара, тонн / мес
	21/8" (3.2 мм)
	¼" (6.4 мм)	15.1
	½" (25 мм)	61.2
	81/8" (3.2 мм)	11.5
	¼" (6.4 мм)	41.7
	½" (25 мм)	183.6
	105/64" (1.9 мм)
	#38 (2.5 мм)	14.4
	1/8" (3.2 мм)	21.6
	205/64" (1.9 мм)	16.6
	#38 (2.5 мм)	27.4
	1/8" (3.2 мм)	41.8

Исходные данные для расчета потерь при не возврате конденсата приняты следующие: стоимость холодной воды на подпитке, химикатов, газа и электроэнергии.
Следует иметь в виду также потерю внешнего вида зданий и, более того, разрушение ограждающих конструкций при постоянном «парении» дренажных точек.

Г. Присутствие воздуха и неконденсируемых газов в паре

Воздух, как известно, обладает отличными теплоизоляционными свойствами и по мере конденсации пара может образовывать на внутренних поверхностях теплообмена своеобразное покрытие, препятствующее эффективности теплообмена (табл.2).

Табл. 2. Снижение температуры паровоздушной смеси в зависимости от содержания воздуха.

Давление	Температура насыщенного пара	Температура паровоздушной смеси в зависимости от количества воздуха по объему, °С
Бар абс.	°С	10%20%30%
	120,2	116,7113,0110,0
	143,6	140,0135,5131,1
	158,8	154,5150,3145,1
	170,4	165,9161,3155,9
	179,9	175,4170,4165,0

Выделение СО2 в газообразной форме при конденсации пара ведет при наличии влаги в трубопроводе к образованию крайне вредной для металлов угольной кислоты, которая является основной причиной коррозии трубопроводов и теплообменного оборудования. С другой стороны, оперативная дегазация оборудования, являясь эффективным средством борьбы с коррозией металлов, выбрасывает СО2 в атмосферу и способствует формированию парникового эффекта. Только снижение потребления пара является кардинальным путем борьбы с выбросами СО2 и рациональное применение к.о. является здесь наиболее эффективным оружием. Д. Неиспользование пара вторичного вскипания .

При значительных объемах пара вторичного вскипания следует оценивать возможность его непосредственного использования в системах, имеющих постоянную тепловую нагрузку. В табл. 3 приведен расчет образования пара вторичного вскипания.
Пар вторичного вскипания является следствием перемещения горячего конденсата под высоким давлением в емкость или трубопровод, находящийся под меньшим давлением. Типичным примером является "парящий" атмосферный конденсатный бак, когда скрытая теплота в конденсате высокого давления высвобождается при более низкой температуре кипения.
При значительных объемах пара вторичного вскипания следует оценивать возможность его непосредственного использования в системах, имеющих постоянную тепловую нагрузку.
На номограмме 1 приведена доля вторичного пара в % от объема конденсата, вскипающего в зависимости от перепада давлений, испытываемого конденсатом. Номограмма 1. Расчет пара вторичного вскипания.
Е. Использование перегретого пара вместо сухого насыщенного пара.

Если технологические ограничения не требуют использования перегретого пара высокого давления, следует всегда стремиться к применению насыщенного сухого пара возможно самого низкого давления.
Это позволяет использовать всю скрытую теплоту парообразования, которая имеет более высокие значения при низких давлениях, добиться устойчивых процессов теплопередачи, снизить нагрузки на оборудование, увеличить срок службы агрегатов, арматуры и трубных соединений.
Применение влажного пара имеет место, как исключение, только при его использовании в конечном продукте, в частности, при увлажнении материалов. Поэтому целесообразно использовать в таких случая специальные средства увлажнения на последних этапах транспортировки пара к продукту.

Ж. Невнимание к принципу необходимого разнообразия
Невнимание к разнообразию возможных схем автоматического управления, зависящих от конкретных условий применения, консерватизм и стремление использовать типовую схему может быть источником непреднамеренных потерь.

З. Термоудары и гидроудары.
Термо- и гидроудары разрушают системы пароиспользования при неправильно организованной системе сбора и отвода конденсата. Использование пара невозможно без тщательного учета всех факторов его конденсации и транспортировки, влияющих не только на эффективность, но и на работоспособность, и на безопасность ПКС в целом.

Восполнение потерь пара и воды на ТЭС

На ТЭС при Ро ≥ 8,8 МПа (90 Атм) восполнение потерь осуществляется полностью обессоленной добавочной водой.

На ТЭС при Ро ≤ 8,8 МПа применяется химическая очистка добавочной воды – удаление катионов жёсткости, замещение их на катионы натрия, с сохранением остатков кислот (анионов).

Подготовка обессоленной воды ведётся тремя способами:

1. Химический метод

2. Термический метод

3. Комбинированные физико-химические методы (использование элементов химической очистки, диализного, мембранного)

Химический метод подготовки добавочной воды

В поверхностных водах имеются грубодисперсные, коллоидные и истинно растворённые примеси.

Вся система химической водоподготовки делится на две стадии:

1) Предочистка воды

2) Очистка от истинно растворённых примесей

1. Предочистка производится в осветлителях воды. При этом удаляются грубодиспергированные коллоидные примеси. Происходит замещение магниевой жёсткости на кальциевую и осуществляется магнезиональное обескремнивание воды.

Al 2 (SO 4) 3 или Fe(SO 4) – коагулянты

MgO+H 2 SiO 3 → MgSiO 3 ↓ + H 2 O

После предочистки вода содержит только истинно растворённые примеси

2. Очистка от истинно растворённых примесей осуществляется с помощью ионитных фильтров.

1) Н – катионитовый фильтр

Вода походит две ступени Н – катионитовых фильтров, затем одна одна ступень анионитового фильтра.

Декарбонизатор – улавливание СО 2 . После Н – катионитового и ОН – анионитового в воде слабые кислоты Н 2 CO 3 , H 3 РO 4 , H 2 SiO 3 при этом СO 2 переходит в свободную форму и далее вода идёт на декарбонизатор, в котором СО 2 удаляется физическим способом.

Закон Генри – Дальтона

Количество данного газа, растворённого в воде прямопропорционально парциальному давлению этого газа над водой.

В декарбонизаторе за сёт того, что концентрация СО 2 в воздухе приблизительно равна нулю, СО 2 из воды выделяется в декарбонизаторе.

Остатки слабых кислот (РО 4 , СО 2 , SiO 3) улавливаются на сильном анионитовом фильтре.

Термический метод обессоливания добавочной воды

Основан на том явлении, что растворимость солей в паре при малых давлениях очень мала.

Термическая подготовка добавочной воды осуществляется в испарителях.

Количество пара, идущего в одноступенчатой схеме приблизительно равен очищенному.

Принципиальные тепловые схемы отпуска пара и тепла с ТЭЦ.

Отпуск тепла с ТЭЦ.

Всех потребителей тепла можно разделить на 2 категории:

1. расход тепла (потребление) зависит от климатических условий (отопление и вентиляция);

2. расход тепла не зависит от климатических условий (горячая вода).

Тепло может отпускаться в виде пара, либо в виде горячей воды. Вода как теплоноситель для отопления имеет преимущества перед паром (нужен меньше диаметр труб + меньше потерь). Вода готовится в сетевых подогревателях (основных и пиковых). Пар же отпускается только на технологические нужды. Он может отпускаться непосредственно из отбора турбины либо через паропреобразователь.

При расчете расход тепла на отопление учитывается:

– площадь квартиры

– разница температуры на улице и в доме

– отопительная характеристика здания

Q = Væ (t внутр – t наруж)

[ккал/ч] = [м 3 ]*[ккал/м 3 ·ч·ºС]*[ºС]

где Q – расход тепла в единицу времени Гкал/ч или ккал/ч

æ (каппа) – сколько тепла теряется 1 м 3 здания в единицу времени при изменении тепла на 1 градус. Изменяется в пределах от 0,45 до 0,75

Отопление

Вентиляция

18 +8-10 -26 t пара, o C

Рисунок 55.

Годовой отпуск тепла на отопление .

Пиковая часть

Отопление

Основная часть

Горячая вода

0 550 5500 8760 n

количество часов, где пиковая нагрузка

Рисунок 56.

Для расчета тепла со станции на отопление используются коэффициенты теплофикации:

α ТЭЦ = Q отбор /Q сети

где Q отбор – то количество тепла, которое мы отбираем из отбора турбины

Q сети – то количество тепла, которое мы должны сообщить сетевой воде на станции

Схема отпуска тепла с ТЭЦ

Теплоподготовительные системы (ТПС):

Теплофикационная установка (ТУ)

Общестанционная установка (ОУ)

Существуют 2 вида ТПС:

1) для ТЭЦ с турбинами мощностью 25 МВт и меньше, а так же ГРЭС большой мощности. Для этого типа ТПС теплофикационная установка турбины состоит из основного и пикового подогревателя, а общие станционные установки включают: сетевые насосы, установки по умягчению подпиточной воды, насосы и деаэраторы подпиточной воды

2) для ТЭЦ с турбинами мощность которых больше 50 МВт. Для этого типа теплофикационные установки турбины состоят из 2-х последовательно включенных основных подогревателей (верхний и нижний) и насосов сетевой воды с 2-ч ступенчатой перекачкой: 1 насос стоит до нижнего основного подогревателя, а насос 2-ой ступени – после верхнего основного подогревателя. Обще станционные установки состоят из пикового водогрейного котла (ПВК), установок по умягчению подпиточной воды, деаэраторов и насосов подпиточной воды.

Схема теплофикационной установки первого типа.

Рисунок 57.

РОУ – редукционно-охладительная установка

Температура сетевой воды зависит от температуры наружного воздуха. Если температура наружного воздуха = 26 градусам, то на выходе из пикового подогревателя температура сетевой воды должна быть приблизительно 135 –150 ºС

Температура сетевой воды на входе в основной подогреватель ≈ 70 ºС

Конденсат редуцированного пара из пикового подогревателя сливается в основной подогреватель и далее проходит путь вместе с конденсатом греющего пара.

14. Коэффициент теплофикации α ТЭЦ. Способы покрытия пиковой тепловой нагрузки на ТЭЦ.

Возможно, я со временем перепишу этот важный раздел. А пока постараюсь отразить хотя бы некоторые основные моменты.

Обычная для нас, наладчиков, ситуация заключается в том, что, приступая к очередной задаче, мы слабо представляем то, что будет или должно быть в конце. Но всегда нам нужна хотя бы какая-то начальная зацепка, чтобы не упасть в растерянность, а уточняя и обретая детали, организовывать движение вперед.

С чего нам следует начать? Видимо, с понимания того, что скрыто под термином потери пара и воды. На ТЭС есть группы учета, которые и ведут учет этих потерь и вам надо знать терминологию, чтобы иметь с ними продуктивный контакт.

Представим, что ТЭС отдает 100 т пара сторонним потребителям (скажем, некому бетонному заводу и/или заводу химического волокна), а получает от них возврат этого пара в виде так называемого производственного конденсата в размере 60 т. Разница в 100-60=40 т называется невозврат. Этот невозврат покрывается добавком подпиточной воды, который вводится в цикл ТЭС через рассечку между ПНД (подогреватели низкого давления), реже - через деаэраторы или, еще реже, как-то еще.

Если в цикле ТЭС есть потери пара и воды, - а они есть всегда и, как правило, немалые, - то размер добавка подпиточной воды равен невозврату плюс потери теплоносителя в цикле ТЭС. Скажем, размер добавка равен 70 т, невозврат - 40 т. Тогда потери, определяемые как разность между добавком и невозвратом, составят 70-40=30 т.

Если вы усвоили эту нехитрую арифметику, а я в этом не сомневаюсь, то продолжим наше продвижение вперед. Потери бывают внутристанционные и какие-то еще. Четкого разделения этих понятий в группе учета может и не быть по причине сокрытия в отчетности истинной причины этих потерь. Но логику разделения я постараюсь пояснить.

Обычное дело, когда станция отпускает тепло не только с паром, но и через бойлера с сетевой водой. В тепловой сети происходят потери, которые приходится восполнять подпиткой теплосети. Скажем, на подпитку теплосети идет 100 т воды с температурой 40 оС, которая предварительно направляется в деаэратор 1.2ата. Чтобы продеаэривовать эту воду, ее следует догреть до температуры насыщения при давлении 1.2 кгс/см2, а на это потребуется пар. Энтальпия нагреваемой воды составит 40 ккал/кг. Энтальпия нагретой воды согласно таблицам Вукаловича (Термодинамические свойства воды и водяного пара) составит на линии насыщения при давлении 1.2 кгс/см2 104 ккал/кг. Энтальпия пара, идущего на деаэратор, составляет примерно 640 ккал/кг (это значение можно уточнить в той же группе учета). Пар, отдав свое тепло и сконденсировавшись, будет также иметь энтальпию нагретой воды - 104 ккал/кг. Вам, как мастерам балансов, совсем не сложно записать очевидное соотношение 100*40+Х*640=(100+Х)*104. Откуда расход пара на догрев подпиточной воды в деаэраторе 1.2ата составит Х=(104-40)/(640-104)=11.9 т или 11.9/(100+11.9)=0.106 т пара на 1 т подпиточной воды после деаэратора 1.2ата. Это, так сказать, законные потери, а не результат дефектной работы обслуживающего персонала.

Но раз уж мы увлеклись тепловым расчетом, то развяжем еще один подобный узелок. Скажем есть у нас 10 т продувочной воды энергетических котлов. Это тоже почти законные потери. Чтобы сделать эти потери еще более законными, выпар из расширителей непрерывной продувки нередко возвращается в цикл ТЭС. Для определенности предположим, что давление в барабанах котлов составляет 100 кгс/см2, а давление в расширителях - 1 кгс/см2. Схема здесь такая: продувочная вода с энтальпией, отвечающей линии насыщения при давлении 100 кгс/см2, поступает в расширители, где вскипает и образует пар и воду с энтальпиями, отвечающими линии насыщения при давлении 1 кгс/см2. То, что сбрасывается после расширителей, и есть еще одни "законные" потери воды.

По таблицам Вукаловича находим: энтальпия продувочной воды - 334.2 ккал/кг; энтальпия воды после расширителей непрерывной продувки - 99.2 ккал/кг; энтальпия пара из расширителей - 638.8 ккал/кг. И снова мы сооружаем по-детски несложный баланс: 10*334.2=Х*638.8+(10-Х)*99.2. Откуда находим количество образовавшегося пара Х=10*(334.2-99.2)/(638.8-99.2)=4.4 т. Потери продувочной воды составят 10-4.4=5.6 т или 0.56 т на 1 т продувочной воды. При этом в цикл возвращается 4.4*638.8*1000 ккал или 4.4*638.8/(10*334.2)=0.84 ккал на каждую ккал, продувочной воды.

Теперь подойдем к котлу, к тому месту, к которому чаще всего приходится подходить, - к пробоотборным точкам. Хорошо ли отрегулированы расходы по этим точкам? Вроде бы норма расхода на уровне 0.4 л/мин, но реально это будет, пожалуй, не менее 1 л/мин или 0.001*60=0.06 т/ч. Если на котле, скажем, 10 таких пробоотборных точек, то мы будем иметь 0.6 т/ч потерь теплоносителя только с одного котла. А если точки парят, "плюются" и т.п.? А есть еще и разные импульсные линии на приборы, где тоже могут быть потери по технологии или из-за неплотностей этих линий. А еще могут быть на котлах установлены концентраторы-солемеры. Это просто кошмар, сколько могут они отбирать на себя воды. И это все "законные" или назовите их как угодно иначе потери пара и воды.

Далее вам в группе учета, или у нач. ПТО, или у главного инженера подскажут, что есть еще потери пара на собственные нужды. Обычное дело, пар производственного отбора (есть такой на турбинах) идет на нужды мазутохозяйства. Есть довольно жесткие нормы на эти нужды, а конденсат пара должен возвращаться в цикл. Ни то, ни другое из этих требований обычно не выдерживается. А могут быть и еще "законные" потери на баню, на оранжерею или на что-то еще.

Бак низких точек... Это, нередко, одна из главных составляющих питательной воды. Если вода в баке загрязнена сверх предела, то химики не дают добро на использование этой воды. И это тоже потери или, как выразился уважаемый Борис Аркадиевич, внутренний невозврат. Может по тем или иным причинам не использоваться возвращаемый от внешнего потребителя производственный конденсат и этот факт может не регистрироваться в группе учета.

Когда вы со всем этим при необходимости разберетесь, то останется еще 5-6% каких-то непонятных, необъяснимых потерь. Может быть меньше, а может быть и побольше, в зависимости от уровня эксплуатации на конкретной ТЭС. Где же искать эти потери? Надо, так сказать, идти по ходу пара и воды. Протечки, парения и прочие подобного рода "мелочи" могут составить существенную величину, превосходящую по размерам рассмотренные нами потери на пробоотборных точках пара и воды. Однако все, о чем мы до сих пор здесь говорили, может быть более или менее очевидным для персонала ТЭС и без наших объяснений. Поэтому продолжим наш мысленный путь по ходу пара и воды.

Куда поступает вода? В котлы, в баки, в деаэраторы. Потери через неплотности в котлах это тоже, наверное, не новый для эксплуатации вопрос. А вот о переливах в баках и деаэраторах могут и забыть. А здесь неконтролируемые потери могут составить более, чем существенную величину.

Окрыленные первым успехом, давайте продолжим наш путь по ходу пара. Куда поступает пар с точки зрения интересующего нас предмета? На разные клапаны, уплотнения, в деаэраторы 1.2 и 6 ата... Клапаны, как и все у нас, работают не идеально. Иначе говоря, парят всюду, где они есть, в т.ч. и в деаэраторах. Эти парения попадают в выхлопные трубы, которые выводятся на крышу главного корпуса ТЭС. Если вы подыметесь на эту крышу в зимнее время, то возможно обнаружите там производственный туман. Может быть вы замеряете расходы пара из труб с помощью тахометра и найдете, что этого пара достаточно, чтобы организовать на крыше оранжерею или зимний сад.

Однако непонятные и невыясненные потери все же остаются. И однажды при обсуждении этого вопроса главный инженер, или начальник турбинного цеха, или кто-то еще вспоминает, что у нас (т.е. у них) пар используется на основной эжектор и этот пар не возвращается в цикл. Вот такая может происходить раскрутка ситуации во взаимодействии с персоналом ТЭС.

Неплохо было бы прибавить к этим общим соображениям и какой-то инструментарий для оценки и локализации потерь. Такие балансовые схемы составить в общем-то не сложно. Сложно оценить где данные, отвечающие факту, а где погрешности расходомеров. Но все же кое-что порой удается прояснить, если брать не разовые замеры, а результаты за достаточно длительный период. Более или менее надежно мы знаем размер потерь пара и конденсата как разность между расходом подпиточной воды и невозвратом производственного конденсата. Подпитка, как уже говорилось, обычно осуществляется через контур турбин. Если в этом контуре нет своих потерь, то суммарный расход питательной воды после ПВД (подогреватели высокого давления) турбин будет превышать расход острого пара на турбины на величину потерь в цикле ТЭС (иначе, без этого превышения, нечем будет восполнить потери в контуре котлов). Если есть потери в контуре турбин, то разность двух разностей подпитка_минус_невозврат и расход_за_ПВД_минус_расход_острого_пара - и составит потери в контуре турбин. Потери в контуре турбин - это потери на уплотнениях, в системе регенерации (в ПВД и ПНД), в отборах пара от турбин, поступающего в деаэраторы и бойлера (т.е. не столько в собственно отборах, как в деаэраторах и бойлерах) и в конденсаторах турбин. На деаэраторах есть клапаны с их неплотностями, с конденсаторами связаны эжектора, использующие пар. Если мы сумели разделить потери пара и конденсата на потери в контуре котлов и в контуре турбин, то задача дальнейшей конкретизации потерь существенно облегчается и для нас, и для эксплуатационного персонала.

Хорошо бы в этом плане как-то разделить, пусть оценочно, потери пара и конденсата на потери собственно пара и собственно конденсата или воды. Мне приходилось делать такие оценки и я постараюсь кратко отразить их суть с тем, чтобы вы, при желании, могли проделать нечто подобное во взаимодействии с турбинистами или с той же группой учета на ТЭС. Идея заключается в том, что если нам известны энергетические потери, которые не к чему больше отнести кроме как к потерям теплоты с паром и водой, и если нам известен общий размер потерь теплоносителя (а он должен быть известен), то после деления первого на второе мы относим потери к одному килограмму теплоносителя и по величине этих удельных потерь можем оценить энтальпию теряемого теплоносителя. А по этой усредненной энтальпие мы можем судить о соотношении потерь пара и воды.

Однако вернемся к вопросу разрезания пирога... На ТЭС приходит топливо, скажем, газ. Расход его известен по коммерческим расходомерам и по коммерческим расходомерам известно сколько ТЭС отпустила тепла. Расход газа, умноженный на его теплотворную способность в ккал/м3, минус отпуск тепла в ккал, минус выработка электроэнергии, умноженная на ее удельный расход в ккал/кВтч, это и есть в первом приближении наш пирог. Правда, отпуск теплоты считают, конечно же, не в килокалориях, а в гигакалориях, но это детали, которыми не обязательно здесь досаждать. Теперь из этой величины надо вычесть то, что при сжигании газа вылетело в трубу и ушло с потерями через тепловую изоляцию котлов. В общем, теплотворную способность газа умножаем на его расход, затем все это умножаем на кпд котлов, которые в группе учетов мастерски умеют определять (и подделывать, но об этом мы помолчим), и, таким образом, определяем так называемое Qбрутто котлов. Из Qбрутто вычитаем отпуск тепла и выработку электроэнергии, о чем уже говорил, и в результате получаем тот пирог, который и предстоит разрезать.

В этом пироге остаются всего лишь три составляющих - собственные нужды котлов и турбин, потери с отпуском тепла, потери теплового потока. Потери теплового потока это нечто с не совсем понятным смыслом, что-то вроде узаконивания части не совсем оправданных потерь. Но благо на это дело существует норматив, который мы и можем вычесть из нашего пирога. Теперь в оставшейся части пирога только собственные нужды и потери с отпуском тепла. Потери с отпуском тепла это законные потери при приготовлении воды (потери при сбросе нагретых регенерационных и отмывочных вод, потери теплоты с продувкой осветлителей и др.) плюс потери на охлаждение трубопроводов, корпусов деаэраторов и прочее, что считается по специально разработанным нормативам в зависимости от температуры окружающей среды. Вычитаем и эти потери, после чего в нашем пироге должны были бы остаться только собственные нужды котлов и турбин. Далее, в группе учета вам скажут, если не соврут, сколько именно потрачено тепла на собственные нужды. Это потери теплоты с водой непрерывной продувки, расход тепловой энергии на мазутохозяйсво, на отопление и т.д. Вычитаете эти собственные нужды из остатка пирога и что получаете - нуль? Случается и такое при нашей точности замеров в том числе и по официальным коммерческим замерам. Однако после этого вычитания обычно остается изрядный кусок, который умельцы разбрасывают на те же собственные нужды и удельные расходы на выработку электроэнергии. Ну да, устаревшее оборудование, экономия на ремонтах, плюс требование сверху ежегодно повышать экономичность работы причины этой неизбежной туфты. Но наша задача - определить истинную причину дисбаланса электроэнергии и тепла, составляющего остаток нашего пирога. Если мы все совместно с группой учета проделали аккуратно, а приборы если и соврали, то не чересчур, то остается только одна крупная причина - потери энергии с потерями пара и воды.

А потери энергии, в том числе ее потери с потерями пара и воды, это всегда резонансный на ТЭС вопрос.

Естественно, потери неизбежны, поэтому на этот счет есть нормативы ПТЭ. А если где-нибудь в учебнике для ВУЗов вы прочтете, что можно обойтись и без потерь, то это глупость и не более того, в особенности применительно к нашим ТЭС.

Конечно, я отразил здесь не все достойные внимания моменты. При желании, вы можете найти полезные сведения в технических отчетах или где-то еще. Я, например, обнаружил полезный, на мой взгляд, фрагмент по данной теме в книге наших гигантов от химии в энергетике М.С. Шкроба и Ф.Г. Прохорова "Водоподготовка и водный режим паротурбинных электростанций" за 1961 год. К сожалению, здесь в один ряд выстроены все мухи и слоны. При необходимости вы можете проконсультироваться у наших специалистов или у персонала ТЭС о размерах перечисленных в фрагменте величин, а также об уместности использования всех приведенных в фрагменте рекомендаций. Я привожу этот фрагмент без дальнейших комментариев.

"В процессе эксплуатации часть конденсата или пара как внутри электростанции, так и вне ее теряется и не возвращается в цикл станции. Основными источниками безвозвратных потерь пара и конденсата в пределах электростанции являются:

а) котельная, где теряется пар на привод вспомогательных механизмов, на обдувку от золы и шлака, на грануляцию шлаков в топке, на распыливание в форсунках жидкого топлива, а также пар, уходящий в атмосферу при периодическом открытии предохранительных клапанов и при продувке пароперегревателей во время растопки котлов;

б) турбоагрегаты, где имеют место непрерывные потери пара через лабиринтовые уплотнения и в воздушных насосах, отсасывающих пар вместе с воздухом;

в) конденсатные и питательные баки, где происходят потери воды через перелив, а также испарение горячего конденсата;

г) питательные насосы, где происходят утечки воды через неплотности сальниковых уплотнений;

д) трубопроводы, где происходят утечки пара и конденсата через неплотности фланцевых соединений и запорной арматуры.

Внутристанционные потери пара и конденсата на конденсационной электростанции (КЭС) и чисто отопительной ТЭС могут быть снижены до 0.25-0.5% от общего расхода пара при условии реализации следующих мероприятий: а) замена, где только возможно, паровых приводов электрическими; б) отказ от использования паровых форсунок и обдувочных аппаратов; в) применение устройств для конденсирования и улавливания отработавшего пара; г) ликвидация всякого рода парения клапанов; д) создание плотных соединений трубопроводов и теплообменных аппаратов; е) борьба с утечками конденсата, излишними спусками воды из элементов оборудования и расходами конденсата на непроизводственные нужды; ж) тщательный сбор дренажей.

Возмещение внутристанционных и внешних потерь конденсата может быть осуществлено несколькими способами, в том числе:

а) химической обработкой исходной воды в тем, чтобы смесь конденсата с этой водой обладала необходимыми для питания котлов качественными показателями;

б) заменой потерянного конденсата конденсатом такого же качества, полученного в паропреобразовательной установке (в этом случае пар отдается производственным потребителям не непосредственно из отбора, а в виде вторичного пара паропреобразователя);

в) установкой испарителей, рассчитанных на выпаривание добавочной воды с конденсацией вторичного пара и получением высококачественного дистиллята".

Более короткий фрагмент я нашел в книге А.А. Громогласова, А.С. Копылова, А.П. Пильщикова "Водоподготовка: процессы и аппараты" за 1990 год. Здесь я позволю себе повториться и заметить, что если бы обычные потери пара и конденсата на наших ТЭС не превышали, как утверждают авторы, 2-3%, я бы не посчитал нужным составлять этот раздел:

"При эксплуатации ТЭС и АЭС возникают внутристанционные потери пара и конденсата: а) в котлах при непрерывной и периодической продувке, при открытии предохранительных клапанов, при обдувке водой или паром наружных поверхностей нагрева от золы и шлака, на распыливание жидкого топлива в форсунках, на привод вспомогательных механизмов; б) в турбогенераторах через лабиринтовые уплотнения и паровоздушные эжекторы; б) в пробоотборных точках; г) в баках, насосах, трубопроводах при переливе, испарении горячей воды, просачивании через сальники, фланцы и т.п. Обычные внутристанционные потери пара и конденсата, восполняемые добавочной питательной водой, не превышают в различные периоды эксплуатации на ТЭС 2-3%, на АЭС 0.5-1% их общей паропроизводительности".

Кроме этого я нашел в интернете:

"Внутренние потери:

Потери пара, конденсата и питательной воды через неплотности фланцевых соединений и арматуры;

Потери пара через предохранительные клапаны;

Утечка дренажа паропроводов и турбин;

Расход пара на обдувку поверхностей нагрева, на разогрев мазута и на форсунки;

К внутренним потерям теплоносителя на электростанциях с котлами на докритические параметры относят также потери от непрерывной продувки из барабанов котлов".

Из моей переписки с инженером Курской ТЭЦ-1. К потерям воды, пара и конденсата:

Добрый день, Геннадий Михайлович! 30-31.05.00г

Снова обсудили с Приваловым (зам. нач. химцеха ДонОРГРЭС) проблему потерь теплоносителя. Наиболее крупные потери бывают на деаэраторах (1.2, 1.4 и в особенности 6 ата), в БЗК (бак запаса конденсата), на предохранительных клапанах и в дренажах (в т.ч. в дренажах ПВД с высоким теплосодержанием воды). Наладчики иногда берутся за подобную работу выявления потерь, но не бескорыстно.

Поговорил на эту же тему с котельщиком. Он добавил, что бывают также существенные утечки на уплотнениях турбин. Зимой утечки пара можно проследить по парениям над крышей. Где-то в отчетах у меня были данные по затронутому вопросу и помнится, что я отмечал большие потери на дренажах ПВД. Для ТЭЦ с производственной нагрузкой максимальный допустимый размер внутристанционных потерь теплоносителя, без расходов пара на мазутохозяйство, деаэраторы теплосети и т.п., по ПТЭ 1989г стр. 156 (других ПТЭ у меня нет под рукой) составляет 1.6*1.5=2.4% общего расхода пит.воды. Нормы этих потерь, согласно ПТЭ, должно ежегодно утверждать энергообъединение, руководствуясь приведенными значениями и "Методическими указаниями по расчету потерь пара и конденсата".

Для ориентира скажу, что в моем отчете по ТЭЦ Шосткинского химкомбината приведены средние расходы к-та из БНТ в размере 10-15% от расхода пит.воды. А при пусках первого э/блока Астраханской ТЭЦ-2 (там блоки) мы не могли обеспечить блок нужным количеством обессоленной воды до тех пор, пока не задействовали бак низких точек и конденсат его не направили в БЗК. При "законных" 12% от расхода пит.воды, ваш ожидаемый уровень потерь теплоносителя я могу полуинтуитивно оценить как 4% потерь пара (на клапанах, деаэраторах, неиспользуемых выпарах БНТ и т.д.), 5% потерь пит.воды и конденсата ПВД, 3% прочих потерь пара и воды. Первая часть включает громадную (до 5.5% от кпд брутто котлов), вторая - внушительную (около 2%) и последняя - терпимую (менее 0.5%) части тепловых потерь. Наверное, вы (ТЭЦ) все же правильно считаете общие потери пара и конденсата. Но, наверное, вы неправильно считаете потери тепла и еще менее правильно действуете в части сокращения всех этих потерь.

P.S. Ну вот, мы вроде бы уже и прошли с вами все главные темы, так или иначе касающиеся ВХРБ. Возможно, какие-то вопросы покажутся слишком сложными. Но это не потому, что они действительно сложны, а потому, что они пока еще непривычны для вас. Читайте не напрягаясь. Что-то станет понятным с первого раза, что-то - при повторном чтении, а что-то - при третьем. При третьем чтении какие-то допущенные мною длинноты возможно станут вас раздражать. Это нормально и при нашей компьютерной технике не страшно. Сделайте себе копии файлов и убирайте ненужные фрагменты или заменяйте их меньшим количеством понятных для вас слов. Сжатие информации по мере ее усвоения это непременный и полезный процесс.

Когда все или большинство из изложенного станет для вас понятным и привычным, вы уже не новички. Конечно, вы по-прежнему можете не знать каких-то элементарных вещей. Но в этом, уверяю вас, вы не одиноки. Эксплуатационный персонал тоже сплошь и рядом не знает каких-то самых элементарных вещей. Никто не знает всего. Но если у вас уже есть набор полезных знаний и если эксплуатация так или иначе заметит его, то вам, естественным образом, тогда простится и незнание некоторых элементарных моментов. Опирайтесь на достигнутое и двигайтесь вперед!

В.Л. Гудзюк, ведущий специалист;
к.т.н. П.А. Шомов, директор;
П.А. Перов, инженер-теплотехник,
ООО НТЦ «Промышленная энергетика», г. Иваново

Расчеты и имеющийся опыт показывают, что даже несложные и относительно дешевые технические мероприятия по совершенствованию теплоиспользования на промышленных предприятиях приводят к существенному экономическому эффекту.

Обследования паро-конденсатных систем многих предприятий показали, что нередко на паропроводах отсутствуют и дренажные карманы для сбора конденсата, и конденсатоотводчики. По этой причине часто имеют место повышенные потери пара. Моделирование истечения пара на основе программного продукта позволило определить, что потери пара через дренажи паропровода могут возрастать до 30%, если через дренаж проходит паро-конденсатная смесь, по сравнению с отводом только конденсата.

Данные измерений на паропроводах одного из предприятий (таблица), дренажи которых не имеют ни карманов для сбора конденсата, ни конденсатоотводчиков, и частично открыты в течение всего года, показали, что потери тепловой энергии и средств могут быть достаточно большими. Из таблицы видно, что потери при дренаже паропровода Ду 400 могут быть даже меньше, чем из паропровода Ду 150.

Таблица. Результаты измерений на паропроводах обследованного промышленного предприятия, дренажи которых не имеют карманов для сбора конденсата и конденсатоотводчиков.

Уделив некоторое внимание работе по сокращению этого вида потерь при низких затратах, можно получить существенный результат, поэтому была проверена возможность использования устройства, общий вид которого представлен на рис. 1. Оно устанавливается на существующем дренажном патрубке паропровода. Это может быть выполнено на работающем паропроводе без его отключения.

Рис. 1. Устройство для дренажа паропровода.

Следует отметить, что для паропровода подходит далеко не любой конденсатоотводчик, а стоимость оборудования конденсатоотводчиком одного спускника составляет от 50 до 70 тыс. руб. Дренажей, как правило, много. Они располагаются на расстоянии друг от друга в 30-50 м, перед подъемами, регулирующими клапанами, коллекторами и т.п. Конденсатоотводчик требует квалифицированного обслуживания, особенно в зимний период. В отличие от теплообменного аппарата, количество отводимого и, тем более, используемого конденсата, по отношению к расходу пара по паропроводу, - незначительно. Чаще всего, пароконденсатная смесь из паропровода через дренаж сбрасывается в атмосферу. Количество ее регулируется запорным вентилем «на глаз». Поэтому, сокращение потерь пара из паропровода вместе с конденсатом может дать неплохой экономический эффект, если это не будет связано с большими затратами средств и труда. Такая ситуация имеет место на многих предприятиях, и является скорее правилом, чем исключением.

Данное обстоятельство побудило нас проверить возможность снижения потерь пара из паропровода, при отсутствии, по какой-то причине, возможности оборудовать дренажи паропровода конденсатоотводчиками по типовой проектной схеме. Задача состояла в том, чтобы с минимальными затратами времени и средств организовать вывод из паропровода конденсата при минимальной потере пара.

В качестве наиболее легко реализуемого и недорогого способа решения этой задачи была рассмотрена возможность использования подпорной шайбы. Диаметр отверстия в подпорной шайбе можно определить по номограмме или расчетом. Принцип действия основан на различных условиях истечения конденсата и пара через отверстие. Пропускная способность подпорной шайбы по конденсату в 30-40 раз больше, чем по пару. Это позволяет непрерывно сбрасывать конденсат при минимальном количестве пролетного пара.

Для начала надо было убедиться том, что можно сократить количество пара, выводимого через дренаж паропровода вместе с конденсатом при отсутствии кармана отстойника и гидрозатвора, т.е. в условиях, к сожалению, часто встречающихся на предприятиях с паропроводами низкого давления.

Показанное на рис. 1 устройство имеет входное и два одинаковых по размеру выходных шайбированных отверстия. На фотографии видно, что через отверстие с горизонтальным направлением струи выходит паро-конденсатная смесь. Это отверстие может быть перекрыто краном и используется периодически при необходимости продувки устройства. Если кран перед этим отверстием закрыт, из паропровода через второе отверстие выходит конденсат с вертикальным направлением струи - это рабочий режим. На рис. 1 видно, что при открытом кране и выходе через боковое отверстие конденсат распыляется паром, а на выходе через нижнее отверстие - пара практически нет.

Рис. 2. Рабочий режим устройства для дренажа паропровода.

На рис. 2 представлен рабочий режим устройства. На выходе - в основном поток конденсата. Это наглядно показывает, что имеется возможность снижения расхода пара через подпорную шайбу без гидрозатвора, необходимость в котором является основной причиной, ограничивающей ее применение для дренажа паропровода, особенно в зимнее время. В этом устройстве выходу пара из паропровода вместе с конденсатом препятствует не только дроссельная шайба, но и специальный фильтр, ограничивающий выход пара из паропровода.

Проверена эффективность нескольких конструктивных вариантов такого устройства для вывода из паропровода конденсата с минимальным содержанием пара. Они могут быть изготовлены как из покупных комплектующих, так и в механической мастерской котельной с учетом условий эксплуатации конкретного паропровода. Может быть также использован с небольшой переделкой имеющийся на рынке фильтр для воды, который способен работать при температуре пара в паропроводе.

Стоимость изготовления или приобретения комплектующих для одного спускника не более нескольких тысяч рублей. Реализация мероприятия может быть выполнена за счет эксплуатационных расходов, и как минимум, в 10 раз дешевле использования конденсатооотводчика, особенно в тех случаях, когда нет возврата конденсата в котельную.

Величина экономического эффекта зависит от технического состояния, режима работы и условий эксплуатации конкретного паропровода. Чем длиннее паропровод и больше число дренажных спускников, и при этом дренаж производится в атмосферу, тем больше экономический эффект. Поэтому, в каждом конкретном случае требуется предварительная проработка вопроса о целесообразности практического использования рассматриваемого решения. Отрицательного эффекта по отношению к дренажу паропровода с выбросом паро-конденсатной смеси в атмосферу через вентиль, как это часто имеет место, не просматривается. Считаем, что для дальнейшего изучения и накопления опыта целесообразно продолжить работу на действующих паропроводах низкого давления.

Литература

1. Елин Н.Н., Шомов П.А., Перов П.А., Голыбин М.А. Моделирование и оптимизация трубопроводных сетей паропроводов промышленных предприятий // Вестник ИГЭУ. 2015. T. 200, № 2. С. 63-66.

2. Бакластов А.М., Бродянский В.М., Голубев Б.П., Григорьев В.А., Зорина В.М. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1983. С.132. Рис. 2.26.

1 – электрический генератор; 2 – паровая турбина; 3 – пульт управления; 4 – деаэратор; 5 и 6 – бункеры; 7 – сепаратор; 8 – циклон; 9 – котел; 10 – поверхность нагрева (теплообменник); 11 – дымовая труба; 12 – дробильное помещение; 13 – склад резервного топлива; 14 – вагон; 15 – разгрузочное устройство; 16 – конвейер; 17 – дымосос; 18 – канал; 19 – золоуловитель; 20 – вентилятор; 21 – топка; 22 – мельница; 23 – насосная станция; 24 – источник воды; 25 – циркуляционный насос; 26 – регенеративный подогреватель высокого давления; 27 – питательный насос; 28 – конденсатор; 29 – установка химической очистки воды; 30 – повышающий трансформатор; 31 – регенеративный подогреватель низкого давления; 32 – конденсатный насос.

На схеме, представленной ниже, отображен состав основного оборудования тепловой электрической станции и взаимосвязь ее систем. По этой схеме можно проследить общую последовательность технологических процессов протекающих на ТЭС.

Обозначения на схеме ТЭС:

1. Топливное хозяйство;
2. подготовка топлива;
3. промежуточный пароперегреватель;
4. часть высокого давления (ЧВД или ЦВД);
5. часть низкого давления (ЧНД или ЦНД);
6. электрический генератор;
7. трансформатор собственных нужд;
8. трансформатор связи;
9. главное распределительное устройство;
10. конденсатный насос;
11. циркуляционный насос;
12. источник водоснабжения (например, река);
13. (ПНД);
14. водоподготовительная установка (ВПУ);
15. потребитель тепловой энергии;
16. насос обратного конденсата;
17. деаэратор;
18. питательный насос;
19. (ПВД);
20. шлакозолоудаление;
21. золоотвал;
22. дымосос (ДС);
23. дымовая труба;
24. дутьевой вентилятов (ДВ);
25. золоуловитель.

Описание технологической схемы ТЭС:

Обобщая все вышеописанное, получаем состав тепловой электростанции:

• топливное хозяйство и система подготовки топлива;
• котельная установка: совокупность самого котла и вспомогательного оборудования;
• турбинная установка: паровая турбина и ее вспомогательное оборудование;
• установка водоподготовки и конденсатоочистки;
• система технического водоснабжения;
• система золошлокоудаления (для ТЭС, работающих, на твердом топливе);
• электротехническое оборудование и система управления электрооборудованием.

Топливное хозяйство в зависимости от вида используемого на станции топлива включает приемно-разгрузочное устройство, транспортные механизмы, топливные склады твердого и жидкого топлива, устройства для предвари-тельной подготовки топлива (дробильные установки для угля). В состав ма-зутного хозяйства входят также насосы для перекачки мазута, подогреватели мазута, фильтры.

Подготовка твердого топлива к сжиганию состоит из размола и сушки его в пылеприготовительной установке, а подготовка мазута заключается в его подогреве, очистке от механических примесей, иногда в обработке спецприсадками. С газовым топливом все проще. Подготовка газового топлива сводится в основном к регулированию давления газа перед горелками котла.

Необходимый для горения топлива воздух подается в топочное пространство котла дутьевыми вентиляторами (ДВ). Продукты сгорания топлива — дымовые газы — отсасываются дымососами (ДС) и отводятся через дымовые трубы в атмосферу. Совокупность каналов (воздуховодов и газоходов) и различных элементов оборудования, по которым проходит воздух и дымовые газы, образует газовоздушный тракт тепловой электростанции (теплоцентрали). Входящие в его состав дымососы, дымовая труба и дутьевые вентиляторы составляют тягодутьевую установку. В зоне горения топлива входящие в его состав негорючие (минеральные) примеси претерпевают химико-физические превращения и удаляются из котла частично в виде шлака, а значительная их часть выносится дымовыми газами в виде мелких частиц золы. Для защиты атмосферного воздуха от выбросов золы перед дымососами (для предотвращения их золового износа) устанавливают золоуловители.

Шлак и уловленная зола удаляются обычно гидравлическим способом на золоотвалы.

При сжигании мазута и газа золоуловители не устанавливаются.

При сжигании топлива химически связанная энергия превращается в тепловую. В результате образуются продукты сгорания, которые в поверхностях нагрева котла отдают теплоту воде и образующемуся из нее пару.

Совокупность оборудования, отдельных его элементов, трубопроводов, по которым движутся вода и пар, образуют пароводяной тракт станции.

В котле вода нагревается до температуры насыщения, испаряется, а образующийся из кипящей котловой воды насыщенный пар перегревается. Из котла перегретый пар направляется по трубопроводам в турбину, где его тепловая энергия превращается в механическую, передаваемую на вал турбины. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, отдает теплоту охлаждающей воде и конденсируется.

На современных ТЭС и ТЭЦ с агрегатами единичной мощностью 200 МВт и выше применяют промежуточный перегрев пара. В этом случае турбина имеет две части: часть высокого и часть низкого давления. Отработавший в части высокого давления турбины пар направляется в промежуточный перегреватель, где к нему дополнительно подводится теплота. Далее пар возвращается в турбину (в часть низкого давления) и из нее поступает в конденсатор. Промежуточный перегрев пара увеличивает КПД турбинной установки и повышает надежность ее работы.

Из конденсатора конденсат откачивается конденсационным насосом и, пройдя через подогреватели низкого давления (ПНД), поступает в деаэратор. Здесь он нагревается паром до температуры насыщения, при этом из него выделяются и удаляются в атмосферу кислород и углекислота для предотвращения коррозии оборудования. Деаэрированная вода, называемая питательной, насосом подается через подогреватели высокого давления (ПВД) в котел.

Конденсат в ПНД и деаэраторе, а также питательная вода в ПВД подогреваются паром, отбираемым из турбины. Такой способ подогрева означает возврат (регенерацию) теплоты в цикл и называется регенеративным подогревом. Благодаря ему уменьшается поступление пара в конденсатор, а следовательно, и количество теплоты, передаваемой охлаждающей воде, что приводит к повышению КПД паротурбинной установки.

Совокупность элементов, обеспечивающих конденсаторы охлаждающей водой, называется системой технического водоснабжения. К ней относятся: источник водоснабжения (река, водохранилище, башенный охладитель — градирня), циркуляционный насос, подводящие и отводящие водоводы. В конденсаторе охлаждаемой воде передается примерно 55% теплоты пара, поступающего в турбину; эта часть теплоты не используется для выработки электроэнергии и бесполезно пропадает.

Эти потери значительно уменьшаются, если отбирать из турбины частично отработавший пар и его теплоту использовать для технологических нужд промышленных предприятий или подогрева воды на отопление и горячее водоснабжение. Таким образом, станция становится теплоэлектроцентралью (ТЭЦ), обеспечивающей комбинированную выработку электрической и тепловой энергии. На ТЭЦ устанавливаются специальные турбины с отбором пара — так называемые теплофикационные. Конденсат пара, отданного тепловому потребителю, возвращается на ТЭЦ насосом обратного конденсата.

На ТЭС существуют внутренние потери пара и конденсата, обусловленные неполной герметичностью пароводяного тракта, а также невозвратным расходом пара и конденсата на технические нужды станции. Они составляют приблизительно 1 — 1,5% от общего расхода пара на турбины.

На ТЭЦ могут быть и внешние потери пара и конденсата, связанные с отпуском теплоты промышленным потребителям. В среднем они составляют 35 — 50%. Внутренние и внешние потери пара и конденсата восполняются предварительно обработанной в водоподготавливающей установке добавочной водой.

Таким образом, питательная вода котлов представляет собой смесь турбинного конденсата и добавочной воды.

Электротехническое хозяйство станции включает электрический генератор, трансформатор связи, главное распределительное устройство, систему электроснабжения собственных механизмов электростанции через трансформатор собственных нужд.

Система управления осуществляет сбор и обработку информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования, автоматическое и дистанционное управление механизмами и регулирование основных процессов, автоматическую защиту оборудования.