Гт тэц

Введение

К числу наиболее значимых направлений стратегического развития большинства отечественных ТЭС относятся разработки, позволяющие минимизировать количество сбросов сточных вод, образующихся в технологическом процессе производства тепловой и электрической энергии, за счет создания малоотходных и безотходных схем водопользования, а также усовершенствования многих существующих технико-экономических решений по обработке воды.

Реализация концепции создания экологически безопасной ТЭС возможна по двум направлениям.

Первое направление основано на разработке и внедрении экономичных и экологически совершенных технологий подготовки добавочной воды парогенераторов и подпиточной воды теплосети. В этом аспекте разработка эффективных технологических схем водоподготовки на ТЭС с сохранением базисного оборудования является наиболее перспективным направлением, отвечающим поставленным требованиям, в особенности там, где речь идет о расширении и реконструкции функционирующих установок.

Второе направление связано с разработкой и внедрением технологий максимально полной переработки и утилизации образующихся сточных вод с получением и повторным использованием в цикле станции исходных химических реагентов .

Рассмотрим результаты, которые удалось достигнуть за счет проведения комплекса мероприятий по совершенствованию технологии во- доподготовки Казанской ТЭЦ-3 .

Гидроэлектростанция мирового масштаба

Безусловным лидером в этой области считается китайская электростанция «Санься» или «Три ущелья», возведенная на реке Янцзы, и занимающая особое место в энергосистеме Китая. Она считается самой дорогой и мощной станцией в мире, поставившей рекорды по многим индивидуальным позициям.

Река Янцзы относится к мощнейшим водным артериям мирового масштаба и является самой крупной в самом Китае. Большая часть русла проходит через горные районы, а исток располагается в Тибете на высоте свыше 5 тысяч метров. Такое расположение создало предпосылки для громадного гидроэнергетического потенциала.

Местом для строительства был выбран наиболее привлекательный участок в районе под названием Три ущелья. В этом месте река покидает горные районы Ушаня и перетекает на равнинную местность, где образуется заметный перепад высок. Узкая долина, насыщенный водный поток и другие природные факторы стали определяющими условиями для строительства этой крупнейшей ГЭС.

История создания станции достаточно сложная, сопряженная с трудностями как политического, так и экономического характера. Впервые это место было отмечено еще в 20-е годы прошлого века при первом президенте Китая Сунь Ят Сене. В 1932 году уже правительство Чан Кайши начало предварительное проектирование данного объекта.

Далее началась череда смен власти и интерес к проекту то повышался, то резко падал. С началом японо-китайской войны этот вопрос прорабатывался японскими инженерами. В 1945 году после изгнания японцев из Китая, работы попытались вести американцы, но помешала гражданская война. Победа коммунистов привела к власти Мао Цзэдуна, который заинтересовался проектом электростанции. Существенная помощь в проведении изыскательских работ была оказана инженерами из СССР, подготовившими необходимую техническую документацию по использованию данного участка реки.

Дальнейшие события в Китае, связанные с так называемой культурной революцией, привели к осложнению отношений с Советским Союзом и проект гидроэлектростанции был заморожен на неопределенный срок. На тот момент он не мог быть осуществлен на практике собственными силами. Руководство страны решило воспользоваться менее дорогим и не таким масштабным проектом, построив ниже по течению от основного места объект Гэчжоуба – русловую ГЭС мощностью 3,15 гигаватт. Строительство проводилось в период с 1970 по 1988 годы. В дальнейшем эта станция стала своеобразным контррегулятором после строительства основного энергетического комплекса.

Дата начала строительства гидроэлектростанции «Три ущелья» – 14.12.1994 года. Конец работ был запланирован на 2009 год, однако, сроки пришлось передвинуть из-за дополнительных проектов по оборудованию подземного блока гидроагрегатов. В результате, самая большая установка была введена в эксплуатацию в мае 2012 года. Длина дамбы получилась 2335 метров, высота – 181 метр. На станции установлено 32 основных генератора по 700 мегаватт и два дополнительных – по 50 МВт.

Технические характеристики турбинного оборудования

Паровые турбины

Станционный номер Тип Завод-изготовитель Электрическая мощность, МВт Тепловая мощность, Гкал/час Давление, кг/см2 Температура, °С
 1  ПТ-25/30-8,8  Калужский ТЗ  25 73  90  500
 2  ПТ-25-90  УТМЗ  25  73  90  500
 3  Р-25-8,8  Ленинградский МЗ  25  164  90  500
 4 Р-30-1,5/0,12  Калужский ТЗ  30  188,26  15,5  290
 5  ПТ-65/75-130  Ленинградский МЗ  65  139  125  540
 6  Т-60/65-130  УТЗ  60  100  125  540
 7  Р-50-130  Ленинградский МЗ  50  188  125  540
 8  Р-50-130  Ленинградский МЗ  50  188  125  540
 9  Т-100-130  УТМЗ 100   160  125  540

На Ново-Рязанской ТЭЦ установлены 9 турбин различных типов, в том числе четыре турбины — №№ 4,5,6,9 с теплофикационными установками для теплоснабжения жилищно-коммунальной и социальной сферы, а так же предприятий города Рязани.

Первая очередь турбинного цеха

Две турбины типа ПТ-25 и одна типа ПТ-65/75-130-13 имеют производственные и теплофикационные отборы. Одна турбина типа Р-25-8,8/2 и две турбины типа Р-50-130 — противодавленческие. Для обеспечения ряда промышленных потребителей отпускается пар от турбин с давлением Р=14 кг/см2 и температурой t=280°C, а также горячая вода с постоянной температурой 1352°C.

Отопление и горячее водоснабжение промышленных потребителей осуществляются от теплофикационных установок турбин первой очереди турбинного цеха по температурному графику 130°C на 70°C в зависимости от температуры наружного воздуха.

В прямом трубопроводе сетевой воды на промзону поддерживается давление 90,5 кг/см2, количество циркулирующей воды — 2000 т/час.

От теплофикационных установок четырех турбин вместе с бойлерами осуществляется теплоснабжение жилого фонда города Рязани. Расход сетевой воды в сетях города составляет 12500—13500 т/час. Давление в прямых магистралях 14,0 кг/см2, система работает по температурному графику 150°C на 70°C (со срезкой на 130°C) в зависимости от температуры наружного воздуха. В 2003 году с целью повышения надежности и экономичности схемы теплоснабжения города на ТЭЦ введена в эксплуатацию новая бойлерная установка мощностью 200 Гкал/ч. В 2012 году состоялся пуск новой установки подогрева сетевой воды на город Рязань. Для восполнения потерь сетевой воды на ТЭЦ функционируют подпиточно-деаэрационные установки, обеспечивающие подпитку сетей предприятий с производительностью 300 т/час и сетей города — 1200 т/час. Пиковые увеличения подпитки восполняются за счет запаса подпиточной воды в аккумуляторных баках.

Выдача тепловой мощности от ТЭЦ осуществляется по паропроводам диаметром 500 мм, рассчитанным на рабочее давление 15 кг/см2 и t=280°C, а также по тепловым магистралям диаметрами от 200 до 500 мм на промышленные предприятия и от 600 до 1000 мм в тепловые сети города.

На ТЭЦ ведется целенаправленная работа по замене физически изношенных и морально устаревших турбоагрегатов. В 1993 году была заменена турбина ПТ-60-130/13 ст.№ 5 на более современную турбину ПТ-65/75-130-13. В 1995 году заменена турбина Р-25-90 Харьковского ТГЗ ст.№ 3 на современную турбину Р-25-8,8/2 Ленинградского металлического завода. В 2002 году заменена турбина ПТ-25-90 ст.№ 1 Уральского турбомоторного завода на турбину ПТ-25/30-8,8/1,0-1 Калужского турбинного завода. В 2004-2005гг. проведена замена турбины Т-50-130 ст. № 6 со всем вспомогательным оборудованием на новую турбину Т-60/65-130. В 2017 г. в рамках модернизации оборудования произведена замена турбины №4 типа Р-25-90 на новую, более эффективную противодавленческую турбину типа Р-30-1,5/0,12 с теплофикационной установкой.

На подпиточно-деаэрационной установке, бойлерной установке, турбоагрегатах №№1,3,4,5,6,7,8,9, на установке подогрева сетевой воды внедрены автоматизированные системы контроля параметров на базе микропроцессорной техники.

Преимущества ТЭС

ТЭС — это, таким образом, станция, основным типом оборудования на которой являются турбины и генераторы. К плюсам таких комплексов относят в первую очередь:

  • дешевизну возведения в сравнении с большинством других видов электростанций;
  • дешевизну используемого топлива;
  • невысокую стоимость выработки электроэнергии.

Также большим плюсом таких станций считается то, что построены они могут быть в любом нужном месте, вне зависимости от наличия топлива. Уголь, мазут и т. д. могут транспортироваться на станцию автомобильным или железнодорожным транспортом.

Еще одним преимуществом ТЭС является то, что они занимают очень малую площадь в сравнении с другими типами станций.

Гидроэлектростанции свыше 1000 МВт

Название ГЭС Установленная мощность, МВт Годы ввода агрегатов Собственник Река Регион Источники
1 Саяно-Шушенская ГЭС 6 400 1978—19852011—2014 РусГидро р. Енисей Хакасия
2 Красноярская ГЭС 6 000 1967—1971 ЕвроСибЭнерго р. Енисей Красноярский край
3 Братская ГЭС 4 500 1961—1966 ЕвроСибЭнерго р. Ангара Иркутская область
4 Усть-Илимская ГЭС 3 840 1974—1979 ЕвроСибЭнерго р. Ангара Иркутская область
5 Богучанская ГЭС 2 997 2012—2014 РусГидро/РУСАЛ р. Ангара Красноярский край
6 Волжская ГЭС 2 671 1958—1961 РусГидро р. Волга Волгоградская область
7 Жигулёвская ГЭС 2 488 1955—1957 РусГидро р. Волга Самарская область
8 Бурейская ГЭС 2 010 2003—2007 РусГидро р. Бурея Амурская область
9 Саратовская ГЭС 1 415 1967—1970 РусГидро р. Волга Саратовская область
10 Чебоксарская ГЭС 1 370 1980—1986 РусГидро р. Волга Чувашия
11 Зейская ГЭС 1 330 1975—1980 РусГидро р. Зея Амурская область
12 Нижнекамская ГЭС 1 205 1979—1987 Татэнерго р. Кама Татарстан
13 Воткинская ГЭС 1 065 1961—1963 РусГидро р. Кама Пермский край
14 Чиркейская ГЭС 1 000 1974—1976 РусГидро р. Сулак Дагестан

«Гран-Кули», США

Эта крупнейшая американская ГЭС стоит на реке Колумбия в штате Вашингтон. Кроме него, она снабжает электроэнергией штаты Орегон, Айдахо, Монтана, Калифорния, Вайоминг, Колорадо, Нью-Мехико, Юта и Аризона. Немного тока достается и Канаде. Когда-то станция была крупнейшей мире по мощности — и даже два раза. Первый — с 1949 года по 1960. Потом ее одна за другой обошли несколько советских ГЭС, но в 1983 году Гранд-Кули вырывается вперед за счет расширения и увеличения мощностей. Через три года ее потеснила с первого места венесуэльская ГЭС «Гури». Окончательная стоимость со всеми достройками составила 730 миллионов долларов — около трех миллиардов по современным меркам.

Установленная мощность этой ГЭС после достройки составляет 6809 МВт. Для сравнения: крупнейшая из украинских станций, Запорожская АЭС, имеет мощность в 6000 МВт.

Реконструкция установки химического обессоливания

Казанская ТЭЦ № 3 построена по проекту 1960-х гг., который не предусматривал бессточных или малосточных и экологически безопасных схем. При ежегодном потреблении от 9,5 до 11,5 млн т технической воды, согласно проекту, происходил сброс до 4-5 млн т минерализованных сточных вод после их нейтрализации через систему промышленно-ливневой канализации в р. Казанка и далее в Волгу.

Принципиальная схема водоподготовки, реализованная на Казанской ТЭЦ-3, представлена на рис. 1.

В систему подготовки воды поступают компоненты, содержащиеся в продувочной воде системы оборотного охлаждения, а также реагентах: сернокислом железе, извести, серной кислоте, едком натре и хлориде натрия. В процессе известкования и коагуляции воды в осветлителях из системы выводится часть этих компонентов в виде шлама, содержащего карбонат кальция, гидроксиды магния и железа, кремнекислые и органические соединения. Кроме того, часть компонентов выводится с подпиточной водой теплосети.

Основной задачей проводимых на станции мероприятий явилось максимальное сокращение количества используемых реагентов, обработка и утилизация сточных вод.

В 2001 г. на Казанской ТЭЦ-3 внедрена новая экологически чистая и ресурсосберегающая технология химического обессоливания воды. Данная технология была разработана в Азербайджанском инженерно-строительном университете применительно к условиям Казанской ТЭЦ-3, с учетом требований, предъявляемых к охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов .

Согласно новой технологии изменился режим химического обессоливания известково- коагулированной воды на установке, а также технологии регенерации как в Н-, так и ОН-ионитных фильтрах (рис. 2).

Рис. 2. Цепочка фильтров химического обессоливания:

НОВ — насосы очищенной воды; Нпред, Носн — предварительный и основной Н-катионитный фильтр; А1, А2— анионитовые фильтры первой и второй ступени; Н2 — Н-катионитный фильтр второй ступени; Д — декарбонизатор; БДВ — бак декарбонизованной воды.

Изменение режима химического обессоливания предусматривало предварительное умягчение обессоливаемой воды в предвключенном Н-катионитном фильтре. Для перевода катионита в этом фильтре на Na-форму использовались концентрированные порции отработанного регенерационного раствора Н- и ОН-фильтров.

Улучшение экономических и экологических показателей ионирования было достигнуто применением двухпоточно-противоточной технологии регенерации ионитных фильтров.

Для реализации данной технологии была произведена реконструкция схемы регенерации цепочки химического обессоливания № 5 с установкой в Носн-, Н2— и А2— фильтрах среднего распределительного устройства.

Суть регенерации анионитовых фильтров «цепочки» заключается в следующем. Подаваемый в анионитовый фильтр второй ступени регенерационный раствор щелочи разделяется на два потока. Один из потоков подается сверху, другой снизу. Отработанный раствор щелочи после анионитового фильтра первой ступени собирается в бак щелочных вод для повторного использования в последующих регенерациях.

Регенерация Носн— и Н2— фильтров «цепочки» осуществляется раздельно, независимо друг от друга по двухпоточно-противоточной технологии. Регенерационный раствор кислоты полностью пропускается через нижние части этих фильтров по направлению снизу вверх. Регенерация верхней части катионитной загрузки, расположенной выше среднего распределительного устройства, в этих фильтрах осуществляется отработанным раствором кислоты из бака кислых вод.

Экономическая эффективность достигается за счет экономии химических реагентов, используемых для регенерации фильтров, снижения расхода воды на собственные нужды химводоочистки, снижения затрат на приготовление известково-коагулированной воды, снижения потребления сырой волжской воды и объема сбросных сточных вод.

В результате внедрения новой технологии химического обессоливания воды были получены следующие данные:

■ расход воды на собственные нужды снизился с 36,3 до 26,4%;

■ удельный расходы кислоты на регенерацию Н-фильтров снизился на 3,5 г/г-экв и составил 123,4 г/г-экв;

■ удельный расход щелочи на регенерацию ОН-фильтров снизился на 10,6 г/г-экв и составил 63,2 г/г-экв;

■ снижение расхода извести и коагулянта в осветлителе в результате уменьшения расхода обессоленной воды на собственные нужды составило 64,2 и 25,7 т, соответственно.

При этом выработка обессоленной воды существенно не менялась, оставаясь в среднем на уровне 2,8-3 млн т/год.

«Силоду», Китай

Эта станция стоит на реке Янцзы, в ее верхнем течении. Название сооружению дал близлежащий город. Кроме основного предназначения, «Силоду» помогает контролировать сток речной воды в этом месте, а саму воду очищает от ила. Строительство началось в 2005 году, но прерывалось из-за того, что не были толком ясны экологические последствия запуска ГЭС.  Видимо, их все же посчитали благоприятными или как минимум не неблагоприятными. В 2013 году в эксплуатацию ввели первую турбину, а полностью станция заработала год спустя. Работы обошлись в 6,2 миллиарда долларов.

«Силоду» оборудована 18 турбинами по 770 МВт каждая — общая установленная мощность составляет 13860 этих самых МВт. Ежегодная выработка достигает 55,2 млрд кВт-ч — больше, чем использовала вся промышленность Украины в 2016 году. Дамба «Силоду» возвышается на 285,5 метра — четвертая по высоте в мире.

Вместо заключения

Таким образом, мы выяснили, что представляют собой тепловые электростанции и какие существуют разновидности подобных объектов. Впервые комплекс этого типа был построен очень давно — в 1882 году в Нью-Йорке. Через год такая система заработала в России — в Санкт-Петербурге. Сегодня ТЭС — это разновидность электростанций, на долю которых приходится порядка 75% всей вырабатываемой в мире электроэнергии. И по всей видимости, несмотря на ряд минусов, станции этого типа еще долго будут обеспечивать население электроэнергией и теплом. Ведь достоинств у таких комплексов на порядок больше, чем недостатков.

Преимущества ТЭС

  • Сравнительно низкий ценовой показатель теплового ресурса, использующегося в ходе работы ТЭС, в сравнении с ценовыми категориями аналогичного ресурса, применяемого на атомных электростанциях.
  • Строительство ТЭС, а также доведение объекта до состояния активной эксплуатации задействует меньшее привлечение денежных средств.
  • ТЭС может территориально быть расположена в любой географической точке. Организация работы станции данного типа не потребует привязывания местонахождения станционной установки в непосредственной близости с определёнными природными ресурсами. Топливо может доставляться к станции из любого места мира с помощью автомобильного или железнодорожного видов транспорта.
  • Сравнительно небольшой масштаб ТЭС позволяет производить их установку в условиях стран, где земля является в силу малой территории ценным ресурсом, к тому же существенно снижается процент земельной площади, попавшей в зону отчуждения и вывода из нужд сельского хозяйства.
  • Стоимость топлива, вырабатываемого ТЭС, по сравнении с аналогичным дизельным, будет дешевле.
  • Вырабатываемая энергии не зависит от сезонного колебания мощности, что свойственно ГЭС.
  • Обслуживание и эксплуатационный процесс ТЭС характеризуются простотой.
  • Технологический процесс возведения ТЭС массово освоен, что даёт возможность для их быстрого строительства, существенно экономящего при этом временные ресурсы.
  • При завершении срока службы ТЭС их достаточно легко подвергнуть утилизации. Инфраструктурное подразделение ТЭС более долговечно по сравнению с основным оборудованием, представленным котлами и турбинами. Системы водоснабжения и теплоснабжения способны ещё длительный период времени после окончания срока службы сохранять свои качественные и технологические характеристики, они могут функционировать дальше после замены турбин и котлов.
  • В ходе работы происходит выделение воды и пара, что может быть задействовано для организации отопительного процесса или в иных технологических задачах.
  • Являются производителями около 80-ти % всей электроэнергии страны.
  • Одновременная выработка электроэнергии и осуществление тепловой подачи при длительном сроке эксплуатации делают ТЭС экономичными системами.

Технологии на основе электромембранных аппаратов

В продувочной воде испарительной установки содержится весь натрий, поступивший с исходной водой и введенный с едким натром при регенерации фильтров химобессоливающей установки, хлориды, введенные с исходной водой, а также небольшая часть сульфатов, введенных с исходной водой, коагулянтом и серной кислотой при регенерации фильтров.

Следует обратить внимание на высокое содержание щелочи и щелочных компонентов (карбонат натрия) в продувке. Щелочь и сода — дорогостоящие продукты, которые широко используются на водоподготовительных установках ТЭС

Отметим также практически полное отсутствие ионов жесткости. В связи с чем была сформулирована идея разделения продувочной воды на щелочной и умягченный растворы и их использования в цикле станции .

Для утилизации избытка продувочной воды испарителей разработана технология с использованием в качестве основного элемента элект- ромембранных аппаратов (ЭМА) (рис. 7) .

На первой ступени происходит частичное отделение щелочи от исходного раствора в ЭМА с катион- и анионообменными мембранами. Поскольку селективность процесса невысока, в качестве продукта возможно получение щелочного раствора, содержащего соли исходного раствора.

На ЭМА первой ступени получается концентрированный щелочной раствор и дилюат-1. Последний представляет собой более разбавленный раствор исходных солей и оставшейся щелочи. Дилюат-1 является исходным раствором для ЭМА второй ступени.

ЭМА второй ступени собран с биполярными мембранами и служит для разделения раствора солей на щелочной и кислый растворы. В качестве продуктов на второй ступени образуется дилюат-2, представляющий собой более разбавленный раствор исходных солей, неконцентрированные растворы щелочи и смеси кислот.

Дилюат-2 направляется на ЭМА третьей ступени, щелочной раствор — на концентрирование в первую ступень или в ЭМА-концентратор щелочи. Кислый раствор, содержащий смесь серной, соляной и азотной кислот, направляется потребителю.

На ЭМА третьей ступени осуществляется процесс концентрирования-обессоливания дилюата-2 с получением частично обессоленной воды с концентрацией солей примерно 0,3 г/л (дилюат-3) и концентрата.

В схеме (рис. 7) используются три аппарата с суммарным потреблением электроэнергии 100 кВт.ч на 1 тонну обрабатываемого раствора. В результате обработки образуется 0,4 т щелочного раствора (5% щелочи, 1% солей) и 0,6 т кислого раствора (1,2% кислот, 1% солей). Представленная схема достаточно гибкая. Возможно последовательное сокращение ступеней, начиная с последней.

Если убрать третью ступень ЭМА, частично обессоленную воду для второй ступени можно забирать с ВПУ ТЭС. Эквивалентное количество воды в виде дилюата-2 (раствор натриевых солей) направляется на подпитку теплосети. Таким образом происходит обмен водой между водоподготовительной и электромембранной установками.

При сокращении третьей и второй ступеней одновременно, на ЭМА первой ступени возможно получение щелочного раствора и дилюата-1. Щелочной раствор отправляется на концентрирование или непосредственно потребителю. Дилюат-1 (солевой раствор) можно использовать на регенерацию Na-катионитных фильтров, на подпитку теплосети или подпитку испарителей.

В схеме на рис. 8 используются два ЭМА с суммарным потреблением электроэнергии 13 кВтч на 1 тонну обрабатываемого раствора . Продуктами переработки продувочной воды испарителей в этом случае являются 0,1 т щелочного раствора (4% щелочи, 2% солей) и 1 т солевого раствора (2,5% исходных солей).

Сравнительно невысокие эксплуатационные затраты делают наиболее целесообразным использование схемы, указанной на рис. 8, для утилизации продувочной воды испарителей с получением концентрированного щелочного и умягченного солевого растворов, которые используются в технологическом цикле станции .

Примеры станций

Итак, достаточно производительным и в какой-то мере даже универсальным объектом может считаться любая ТЭС, электростанция. Примеры таких комплексов представляем в списке ниже.

  1. Белгородская ТЭЦ. Мощность этой станции составляет 60 МВт. Турбины ее работают на природном газе.

  2. Мичуринская ТЭЦ (60 МВт). Этот объект также расположен в Белгородской области и работает на природном газе.

  3. Череповецкая ГРЭС. Комплекс находится в Волгоградской области и может работать как на газу, так и на угле. Мощность этой станции равна целых 1051 МВт.

  4. Липецкая ТЭЦ -2 (515 МВТ). Работает на природном газе.

  5. ТЭЦ-26 «Мосэнерго» (1800 МВт).

  6. Черепетская ГРЭС (1735 Мвт). Источником топлива для турбин этого комплекса служит уголь.

Евгений Тутлаев

Очень нравится писать о путешествиях и туризме! Открыт и буду рад сотрудничеству с турфирмами, гидами, организаторами путешествий, авиаперевозчиками! Пишите!

Оцените автора