С открытием крупных месторождением газа во второй половине 60-х годов, началось массовое строительство котельных и тепловых электростанций, работающих на «голубом топливе». Многочисленные запасы и низкая себестоимость газа, стали основополагающей причиной реконструкции котельных и ТЭЦ в связи с переводом их на газообразное топливо.
В качестве резервного (аварийного) топлива использовался мазут, однако в те годы ставка на энергосбережение не делалась, так как топливно-энергетические ресурсы страны казались безграничными. Поэтому исследованиям в области проведения расчетов и проектирования мазутного хозяйства не придавалось особого значения.
Доминирующими энергоносителями в России являются нефть и газ. Несмотря на изменение структуры топливно-энергетического баланса с замещением нефти и газа, углем и ядерным топливом еще не один десяток лет электростанциями будет использовать мазут.
Следует отметить, что в настоящее время значительна часть электростанций использует мазут, как основное топливо, а ТЭС и котельные, работающие на газе, имеют резервное мазутное хозяйство. В котельных, работающих на твердом топливе, мазут применяют для подсвечивания факела и растопки.
Основное требование, предъявляемое к электростанциям это надежность, то есть бесперебойная работа оборудования, не допускающая кратковременного останова. Как следствие, высокие требования к топливоподаче и обязательное наличие резервного (аварийного) мазутного хозяйства.
Главная задача мазутного хозяйства — это обеспечение непрерывной подачи к котлам, предварительно отфильтрованного и подогретого мазута в требуемом объеме, с соответствующим теплофизическими характеристиками.
Мазутное хозяйство ТЭС — это комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, для строительства которого требуются значительные капиталовложения. Немалая часть тепловой энергии на собственные нужды станции потребляется мазутным хозяйством. Несмотря на то, что мазутное хозяйство относится к вспомогательному оборудованию ТЭС, с учетом вышеизложенного, мазутное хозяйство должно рассматриваться наравне с основными системами и оборудованием.
Мазутные хозяйства подразделяются:
- по способу доставки (авто, железнодорожный или водный транспорт, трубопроводы);
- по назначению (растопочное, резервное, основное или аварийное);
- по схеме подключения к котельным агрегатам (тупиковая, циркуляционная, смешанная).
Размеры мазутного хозяйства и объем мазутохранилища котельной или ТЭС напрямую зависит от вышеперечисленных факторов, от этого же в свою очередь зависит количество тепловой энергии, необходимое для работы мазутного хозяйства.
Резервуары для хранения мазута производятся различной емкости. Основные виды: цилиндрические железобетонные и металлические, а также прямоугольные железобетонные резервуары.
Главным предметом внимания при эксплуатации мазутных хозяйств являются немалые затраты энергии на подогрев при хранении мазута и подготовке его к сжиганию. Эксплуатационные затраты на содержание мазутного хозяйства составляют около 10 % от нагрузки котла. Поэтому следует, более развернуто проанализировать возможности энергосбережения мазутных хозяйств на крупных ТЭС и котельных малой энергетике.
Согласно Энергетической стратегии РФ до 2030 года нереализованный потенциал организационного и технологического энергосбережения на момент ее разработки составил 40 % общего объема внутреннего энергопотребления, удельный вес электроэнергетики оценивается как 13–15 %. Доля этого резерва может быть восполнена за счет эксплуатации мазутных хозяйств.
Вопросу мазутного хозяйства посвящены труды следующих ученых Геллер З. И., Кривоногов Б. М., Назмеев Ю. Г., Ляндо И. М., Адамов В. А. Причиной послужило отсутствие единой методики расчетов подогрева мазута в резервуарах мазутное хозяйства. По данной тематике в работе использовались научные труды ряда российских ученых и специалистов, таких как Геллер З. И., Назмеев Ю. Г., Казайкин К. Ф., Даминов А. З., Шинкевич Т. О., Лопухов В. В., Иванов Н. В., Осипов Г. Т., Такташев Р. Н., Шагеев М. Ф..
Повышение эффективности теплотехнологической схемы мазутного хозяйства тепловых электростанций является важной задачей. В настоящий момент в мазутных хозяйствах ТЭС России применяется циркуляционная схема подогрева топлива в резервуарах.
Однако существующие математические модели и методы расчета циркуляционного подогрева мазута в резервуарных парках мазутных хозяйств ТЭС не учитывают возможные компоновочные решения по обвязке резервуарного парка, схемы движения потоков рабочих сред, номенклатуру резервуаров и подогревателей мазута [1].
Создана [2] математическая модель теплогидравлических процессов циркуляционного подогрева мазута, на примере раздельных одноступенчатых схем для четырех резервуаров. Рассмотрены вопросы циркуляционного подогрева одного резервуара, а также параллельной работы, с учетом поддержания заданной температуры топлива в каждом резервуаре при требуемом расходе топлива.
Проведенные исследования [2] показывают, что при использовании раздельного циркуляционного контура имеется заметный ресурс. В случае перевода мазутного хозяйства Нижнекамской ТЭЦ-1 на данную схему получается экономия энергоресурсов (табл.1).
Таблица 1
Экономия энергоресурсов мазутного хозяйства
|
Наименование |
Сумма, тыс.руб./год |
Условное топливо, т.у.т./год |
|
Электроэнергия |
5698,2 |
688,58 |
|
Теплота на подготовку очередного резервуара |
33,4 |
16,7 |
|
Теплота для работы двух подогревателей (взамен четырех), зима/лето |
5851,68 / 3901,12 |
2925,84 / 1950,56 |
|
Суммарный экономический эффект |
9752,8 |
4876,4 |
Вопрос о принятии методики расчета [2], как обобщенной методики для мазутных хозяйств и ТЭС, остается открытым.
Рассмотрим принципиальную одноступенчатую схему мазутонасосной котельной, работающей на газе, резервным топливом является мазут (рис. 1).
Рис. 1. Принципиальная схема одноступенчатой мазутонасосной: 1– мазутные рециркуляционные подогреватели; 2 — основные мазутоподогреватели; 3 — фильтры тонкой очистки; 4 — фильтры грубой очистки; 5 — основные мазутные насосы; 6 — рециркуляционные насосы; 7 — конденсатные насосы; 8 — баки для конденсата
В данной схеме предусмотрена линия рециркуляции, во-первых, для поддержания температуры мазута на заданном уровне, во-вторых, это позволяет избежать влагоотстоя мазута.
На рассматриваемой котельной установлено 4 котла марки КВГМ-180, теплопроизводительностью 180 (209) Гкал/ч (МВт), каждый котел оборудован шестью вихревыми газомазутными горелками с паромеханическими форсунками, которые расположены встречно треугольником с вершиной на боковых стенках вверху.
Котлы рассчитаны на сжигание природного газа и мазута. Схема подачи мазута — одноступенчатая циркуляционная (рис.1). Мазут поставляется железнодорожным транспортом в цистернах. Разогрев мазута осуществляется паром с параметрами t = 200–250ºС и р = 0,8–1,2 МПа открытым способом.
Топливо самотеком сливается в сливной желоб, откуда посредством насоса марки МВН-6 (Q= 21,6 м³/ч, n = 24c-1, N= 21 кВт) перекачивается в емкость для хранения мазута № 1. За счет рециркуляции мазут в резервуаре имеет температуру около 70ºС.
На котельной установлен стальной цилиндрический резервуар № 1, вместимостью 1000 м³. Оборудование мазутного хозяйства, которое располагается в мазутонасосной и около нее:
- два фильтра грубой очистки 4 (5 отверстий на 1 см²) марка ФМ-40–30–5, расположенные после рециркуляционных подогревателей;
- два фильтра тонкой очистки 5 (40 отверстий на 1 см²) марка ФМ-10–120–40, расположенные после основных подогревателей;
- два мазутных насоса марки 6НК9х1 (Q=110м³/ч, Н=55 м, n=2950 об/мин, N= 37 кВт, Dр.к.=235 мм), установленные на основной линии, осуществляющие перекачку мазута через подогреватели, фильтры тонкой очистки. Создающие, требуемое давление топлива перед форсунками котлов, и циркуляцию от мазутонасосной в котельную и обратно;
- два мазутных насоса марки 4НК5х1(Q=45 м³/ч, Н=38 м, n=2950 об/мин, N=15 кВт, Dр.к.=180 мм), установленные на рециркуляционной линии;
- два основных подогревателя мазута 2, марки ПМ-10–120, подача 120 т/ч (один из которых резервный);
- два рециркуляционных подогревателя 1, марки ПМ-40–15, подача 15 т/ч (один из которых резервный);
- система трубопроводов с арматурой, для перекачки мазута из мазутонасосной в котельный цех;
- паропроводы с арматурой.
Схема внутренней рециркуляции закрытая. Из резервуара с помощью насоса рециркуляции 6 (марка 4НК5х1), мазут, пройдя фильтры грубой очистки (марка ФМ-40–30–5) поступает в рециркуляционный подогреватель мазута ПМ-40–15, после чего направляется обратно в резервуар.
Для подачи к котлам мазут проходит по другому контуру, в котором установлен основной подогреватель мазута 2 (ПМ-10–120, подача 120 т/ч). За мазутоподогревателем установлен фильтр тонкой очистки ФМ-10–120–40. Данный подогреватель расположен вне здания мазутонасосной на открытой площадке.
Схема подачи топлива (рис.1) рассчитана на непрерывную циркуляцию по замкнутому циклу резервуар — мазутонасосная — котельный цех — резервуар.
Одноступенчатая схема мазутонасосной с линией рециркуляции позволяет поддерживать температуру мазута в резервуаре на уровне 70ºС, с последующим нагревом его в основных подогревателях. Рециркуляция позволяет избежать влагоотстоя мазута, а также сократить расход пара и электроэнергии на мазутное хозяйство.
Несмотря на множество разработок в данной области, которые дали положительные результаты (экономию) после внедрения, единой методики расчета теплотехнологической схемы мазутного хозяйства пока нет.
В технической литературе и существующих методиках расчета стационарных мазутоподогревателей марки ПМ И ПМР не рассматривается вопрос определения гидравлических характеристик, зависящих от режима работы подогревателя. Не в полной мере освещены вопросы расчета процессов, возникающих при циркуляционном подогреве мазута. Не полностью учтены тепловые и гидравлические режимы подготовки мазута и его хранения, а так же варианты компоновки теплообменных аппаратов.
Литература:
1. Иванов Н. В., Моделирование и исследование циркуляционного подогрева мазута в одноступенчатых совмещенных теплотехнологических схемах растопочных мазутных хозяйств ТЭС. Автореферат канд. диссертации. Казань, 2003. с. — 16.
2. Шагеев М. Ф., Моделирование и исследование циркуляционного подогрева мазута в раздельных 4-х резервуарных схемах мазутных хозяйств ТЭС. Автореферат канд. диссертации. Казань, 2002. с. — 16.
