Система шариковой очистки конденсатора паровой турбины

Система шариковой очистки (СШО) является экономически выгодным и технически прогрессивным решением для электростанций. Система предназначена для очистки внутренней поверхности трубок конденсатора паровой турбины от загрязнений, которые приносятся циркуляционной водой из водоема или возникают в процессе её протекания по трубкам. Загрязнения могут вывести часть трубок подачи воды из циркуляции, ухудшить теплопередачу в конденсаторе, повысить гидравлическое сопротивление, снизить мощность энергоблока и увеличить расход топлива до 2%.

Другие методы очистки предполагают останов конденсатора и слив из него охлаждающей воды, что может производится лишь периодически и связано с большими затратами ручного труда. Более того, всё ещё практикуется метод «термосушка», который часто приводит к разгерметизации конденсатора.
В отличие от этого, шариковая очистка – это постоянная, автоматизированная, профилактическая очистка с помощью резиновых эластичных шариков, которая проходит непосредственно во время работы конденсатора с заданной частотой (например, 1 раз в сутки). Нет необходимости останавливать энергоблок, нет риска снижения мощности и повышения расхода топлива.

Изобретателем и разработчиком СШО является фирма Taprogge (Германия). Компания была основана в 1953 году. В настоящее время фирма является ведущим в мире производителем и поставщиком собственных систем шариковой очистки, а также высокопроизводительных самоочищающихся фильтров предочистки. Оборудование фирмы Taprogge эксплуатируется более чем в 100 странах мира. На тепловых и атомных электростанциях, металлургических и химических предприятиях успешно внедрены свыше 10000 систем шариковой очистки (с диаметром корпуса от Ду 150 до Ду 3600) и более 2000 фильтров предочистки охлаждающей воды (с диаметром корпуса от Ду 150 до Ду 3600).

Способ поддержания конденсаторных трубок в чистом состоянии с помощью пористых резиновых шариков оказался весьма эффективным и вызвал большой интерес наших энергетиков, так как стабильно обеспечивает максимальный вакуум в конденсаторе без его отключения для очистки. У фирмы Taprogge была куплена лицензия и оборудование для изготовления шариков на Свердловском заводе эбонитовых изделий (в настоящее время ЗАО Уралэластотехника (www.elastika.ru). В России современное оборудование СШО разрабатывается и изготавливается с учётом его патентной чистоты и особенностей эксплуатации на отечественных электростанциях на предприятии ЗАО «ТЭР-Новомичуринск» (www.ter-energo.ru) в сотрудничестве со столичным ОАО «ВТИ»

Преимущества использования системы:
 

• Увеличение экономичности паротурбинной установки на 0,7÷1,85 % (в зависимости от типа турбины)
• Уменьшение удельного расхода топлива (как следствие вредных выбросов) и соответствующих затрат на него
• Увеличение средней электрической мощности паротурбинной установки
• Снижение мощности потребляемой циркуляционными насосами
• Снижение ремонтно-эксплуатационных затрат за счет отказа от других способов очистки
• Улучшение экологических показателей водного бассейна вокруг электростанции
   

Использование в мире
В силу своих преимуществ шариковая очистка получила обширное распространение в мировой энергетике. В настоящее время она установлена на более чем 3000 энергоблоках в мире. При строительстве новых паровых турбин применение систем шариковой очистки осуществляется в обязательном порядке.

Возможности решения в России
В России наибольшее распространение система получила на АЭС. Фильтрами Taprogge оснащены блоки всех атомных станций России.
С появлением отечественного решения высокого качества система получает всё большее распространение на ТЭС. В настоящее время оборудование систем шариковой очистки различных производителей установлено на ряде электростанций, например: Набережночелнинская ТЭЦ, Заинская ГРЭС, Рязанская ГРЭС, Березовская ГРЭС, Ново-Рязанская ТЭЦ, Каширская ГРЭС, ТЭЦ-22 и ТЭЦ-27 Мосэнерго, Ивановская ГРЭС и другие.
Приказом РАО «ЕЭС России» № 307 Приложение 3, шариковая очистка рекомендована для внедрения на ТЭС как прошедшая апробацию научно-техническая разработка, направленная на повышение надёжности и экономичности турбоустановок.

Реализация проекта
Реализация проекта СШО осуществляется в несколько этапов. Затраты на реализацию складываются из стоимости проектных, инжиниринговых работ, оборудования, стоимости его монтажа и ориентировочно составляют 16-17 млн. рублей (включая стоимость оборудования).

Типовые этапы проекта:
 

• Предпроектное обследование
• Разработка технического задания
• Разработка технорабочего проекта
• Строительно-монтажные работы
• Пусконаладка, обучение персонала
   

Ориентировочная длительность реализации проекта составляет 5 месяцев.
Как показывает опыт, эксплуатационные затраты в случае внедрения системы шариковой очистки складываются из стоимости шариков и незначительного роста «собственных нужд» за счет мощности электроприводов (суммарно около 25 кВт). В целом, эти затраты ниже, чем при использовании традиционных способов очистки конденсатора, проводимых во время ремонтов, и по сравнению с методами очистки, требующих разгрузки или остановки конденсатора - «термосушка» и другими.

Пример экономического расчета
В результате внедрения и использования системы достигается улучшение технико-экономических показателей работы энергоблока.

Эффективность оценивается с применением отчетных данных за первое полугодие 2008 г. по ОАО «Мосэнерго»
Себестоимость электроэнергии – 65,4 коп/кВтч, средний отпускной тариф за 1 полугодие 2008 г. - 761,6 руб/МВтч. Цена условного топлива 1778 руб/т.
 

Приращение мощности
Из опыта эксплуатации СШО на блоке 300 МВт ГРЭС-24 приращение мощности составляет 5880 кВт *
При расчетном годовом времени работы блока 7000 час/год годовой экономический эффект от приращения мощности составляет: 4428,8 тыс. руб. **

Экономия топлива
Годовая экономия топлива при числе часов работы 7000 час/год и нагрузке блока 300 МВт за год составит: 5250 тыс кг***
При цене условного топлива 1778 руб/т годовая экономия составляет: 9334,5 тыс. руб. (1778*5250)
Таким образом, общий годовой экономический эффект: 13763,3 тыс. руб. (4428,8 + 9334,5)
Окупаемость затрат составит: 1,2 года

Технические особенности решения
Для очистки трубок конденсатора используются шарики из пористой (губчатой) резины различной твердости с диаметром на 1-3 мм больше внутреннего диаметра трубок. Партия шариков (100 - 2000 шт.) подается в напорный водовод, распределяется потоком по трубной доске конденсатора и под напором воды проходит сквозь трубки, одновременно очищая их внутреннюю поверхность. Затем шарики отлавливаются шарикоулавливающим устройством (ШУУ), которое устанавливается в сбросном водоводе, из него отсасываются специальным насосом (НШО-80/13) и вновь направляются в напорный водовод. Для сбора и загрузки шариков в линию циркуляции после насоса врезается специальное устройство, называемое загрузочной камерой. После загрузочной камеры может быть установлено калибрующее устройство, которое осуществляет отсев изношенных шариков и вывод их из контура.

Система шариковой очистки состоит из двух основных технологических подсистем: фильтрации охлаждающей воды и циркуляции шариков. Поскольку конденсатор данной паровой турбины, состоит из двух половин, каждая из которых имеет свои водоводы, СШО устанавливается на каждый водовод (нитка А и Б) . 
 

 
Рис. 1 Оборудование СШО.

1 - калибрующее устройство; 2 - загрузочная камера; 3 - насос СШО; 4 - бак отработавших шариков; 5 - ФП-фильтр поворотный; 6 - шарикоулавливающее устройство; 7 - люк; 8 - смотровое окно; 9,10 - электроприводные задвижки; 11 - рабочее место оператора АСУ СШО.

* расчет будет приведен внизу листа: снижение давления пара в конденсаторе по сравнению с нормативным составляет в среднем 0,015 кгс/см2 , как за счет улучшения теплопередачи в конденсаторе, так и за счет снижения его гидравлического сопротивления. Согласно универсальной зависимости приращения мощности турбины К-310-240 ЛМЗ от давления пара в конденсаторе при уменьшении давления на 0,01 кгс/см2 на 1т пара поступающего в конденсатор увеличение мощности составит 7 кВт, то есть при нагрузке турбоагрегата 310 МВт и расходе пара в конденсатор 560 т/час приращение мощности составит: 1,5 *7*560=5880 кВт.
** 0,7616 - 0,654)*7000*5880=4428,8 тыс. руб.

*** При использовании традиционных способов очистки конденсатора в среднем вакуум хуже на 1-1,5% при прочих равных условиях, что приводит к пережогу топлива от 2 - 3 г.у.т./кВт*час. Принимаем, что при эксплуатации конденсатора с СШО экономия условного топлива за счет улучшения вакуума составляет около 2,5 г.у.т./кВт*час. Годовая экономия топлива при числе часов работы 7000 час/год и нагрузке блока 300 МВт за год составит: 0,0025*7000 *300000 =5250000 г/год