Разработка направлений технического перевооружения пылеугольных ТЭЦ, переведенных на сжигание природного газа и мазута, на примере ТЭЦ-20 Мосэнерго
![Диссертация: Разработка направлений технического перевооружения пылеугольных ТЭЦ, переведенных на сжигание природного газа и мазута, на примере ТЭЦ-20 Мосэнерго](https://niscu.ru/work/2486392/cover.png)
Учитывая, что потребности Московского региона в электрои теплоэнер-гии будут расти, а значительная доля работающего оборудования ТЭЦ отработала свой ресурс, требуется принятие кардинальных мер, направленных прежде всего на безотлагательное решение комплекса проблем, связанных с обновлением установленных мощностей, повышением экономической эффективности использования топлива и экологической… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Состояние и технико-экономические показатели работы тепломеханического оборудования ТЭЦ
- 1. 1. Структура и характеристика генерирующих мощностей ТЭЦ
- 1. 2. Технико-экономические показатели работы ТЭЦ и их анализ
- Глава 2. Повышение эффективности использования топлива на оборудовании первой очереди ТЭЦ
- 2. 1. Пути повышения эффективности использования топлива и реконструкции первой очереди ТЭЦ
- 2. 2. Выбор схемы газотурбинной технологии
- 2. 2. 1. Вариант использования газотурбинной установки по схеме ПТУ-ТЭЦ
- 2. 2. 2. Анализ варианта ПГУ-ТЭЦ
- 2. 2. 3. Вариант газотурбинной установки для настройки действующего оборудования первой очереди ТЭЦ (ГТ-надстройка)
- 2. 3. Реконструкция котлов ТП-230 (ст. №№ 4−6) и повышение экономичности паровой турбины ПТ-60 (ст. № 5)
- 2. 4. Выводы
- Глава 3. Направления технического перевооружения оборудования второй очереди ТЭЦ (постановка задачи и пути ее решения)
- 3. 1. Использование модернизированных паровых котлов в парогазовом цикле
- 3. 2. Использование паротурбинных технологий при техническом перевооружении оборудования
- Глава 4. Снижение экологического воздействия работы ТЭЦна окружающую среду
- 4. 1. Краткий анализ условий образования оксидов азота и технологических методов их подавления
- 4. 2. Эффективность способов снижения выбросов оксидов азота, реализованных на существующих котлах ТЭЦ-20. Объекты исследования. Особенности конструкции
- 4. 3. Методика проведения промышленных исследований
- 4. 4. Основные результаты исследований
- 4. 4. 1. Исследования котлов без применения способов снижения выбросов оксидов азота
- 4. 4. 2. Исследование традиционных схем сжигания природного газа при рециркуляции дымовых газов
- 4. 4. 3. Исследование традиционных схем сжигания мазута при рециркуляции дымовых газов
- 4. 4. 4. Исследование процессов стадийного (ступенчатого) сжигания природного газа и мазута
- 5. 1. Объект и программа расчетных исследований
- 5. 2. Методика расчетных исследований
- 5. 3. Методика обработки результатов исследований
- 5. 4. Результаты исследований и их обработки
- 5. 5. Анализ результатов исследований и
- 6. 1. Исходные требования к разработке парового котла и пути их реализации
- 6. 2. Принципы формирования тепловой схемы комбинированного котла с расширенным диапазоном регулирования
- 6. 3. Практически реализуемые варианты тепловых схем паровых котлов применительно к условиям работы второй очереди ТЭЦ-20 '
Разработка направлений технического перевооружения пылеугольных ТЭЦ, переведенных на сжигание природного газа и мазута, на примере ТЭЦ-20 Мосэнерго (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Экономические преобразования, проводимые в последнее десятилетие в России, привели к сокращению потребления и производства электроэнергии, дефициту инвестиций на обновление и модернизацию технологического оборудования, необходимости вывода значительной части — до 30+40% установленной мощности в резерв, работе оборудования в расширенном диапазоне нагрузок, снижению эффективности использования топлива. Ситуация осложняется тем, что практически более 50% основного оборудования КЭС и ТЭЦ выработало свой парковый ресурс.
Значительную роль в обеспечении потребителей городов теплотой и электроэнергией играют теплоэлектроцентрали. Так, в планах развития Мосэнерго доля ТЭЦ в суммарной мощности системы сохраняется на уровне 87% [1], что обеспечит прогнозируемый прирост выработки тепловой и электрической энергии до 2010 г. при практически минимальном дополнительном топли-вопотреблении. В период широкого развития теплофикации ТЭЦ оснащались паровыми котлами, предназначенными для сжигания твердых топлив. В связи с новыми требованиями к экологическим показателям многие паровые котлы ТЭЦ в начале 90-х годов стали переводить на сжигание природного газа, что потребовало частичной их реконструкции. Как правило, из-за недостатка средств, решения по реконструкции не обеспечивали должного повышения экономических и экологических показателей в соответствии с современными требованиями к использованию природного газа.
Учитывая, что потребности Московского региона в электрои теплоэнер-гии будут расти, а значительная доля работающего оборудования ТЭЦ отработала свой ресурс, требуется принятие кардинальных мер, направленных прежде всего на безотлагательное решение комплекса проблем, связанных с обновлением установленных мощностей, повышением экономической эффективности использования топлива и экологической безопасности.
Ограниченность финансовых возможностей предопределяет и основные пути решения поставленных проблем. Это техническое перевооружение основного оборудования или замещение мощностей, полностью исчерпавших свой ресурс.
Успех решения указанных проблем во многом зависит от степени заинтересованности участия действующих ТЭЦ в их реализации. Это участие должно быть определяющим как на стадии формирования стратегии технической политики, так и на стадии ее реализации, включая создание нового оборудования.
Цель настоящей работы — обоснование основных направлений технического перевооружения очередей Московской ТЭЦ-20 и модернизация паровых котлов ТП-87, ТП-80 второй очереди с учетом их работы на природном газе и мазуте. Основное внимание в диссертационной работе уделено рассмотрению и решению следующего блока основных задач:
1. Задачи, связанные с определением приоритетных направлений технического перевооружения ТЭЦ-20:
• анализ технико-экономических показателей работы ТЭЦ и ее очередей;
• разработка направлений повышения эффективности работы ТЭЦ.
2. Задачи, предопределенные решением проблемы повышения экономической эффективности работы первой очереди ТЭЦ-20:
• разработка и обоснование путей замещения мощностей первой очереди;
• оценка эффективности использования схем газотурбинных технологий применительно к оборудованию 1-ой очереди ТЭЦ.
3. Задачи, предопределенные решением проблемы повышения экономических и экологических показателей работы оборудования второй очереди ТЭЦ:
• анализ технико-экономических показателей (ТЭП) оборудования второй очереди;
• разработка и обоснование путей замещения оборудования второй очереди ТЭЦ-20.
4. Задачи, непосредственно связанные с отысканием путей снижения экологического воздействия работы ТЭЦ на окружающую среду:
• анализ экологических показателей котлов, характера и степени воздействия ТЭЦ на окружающую среду;
• анализ существующих технологических способов снижения вредных выбросов применительно к котлам второй очереди;
• исследование эффективности различных способов снижения оксидов азота на одном типе котлов второй очереди и возможности перенесения результатов исследований на действующие котлы второй очереди.
5. Задачи, связанные с обоснованием тепловой схемы замещающего котла второй очереди ТЭЦ.
Научная новизна работы состоит в:
• установлении эффективности использования ГТ-надстройки к котлам ТП-170 по сравнению с ПТУ-ТЭЦ и характера влияния на нее времени работы в теплофикационном режиме;
• нетрадиционном использовании низкопотенциальных поверхностей нагрева котла (воздухоподогревателя и теплофикационного экономайзера в схеме с ГТ-надстройкой);
• разработке методики проведения расчетных исследований на базе программы Trakt влияния внутритопочных способов снижения концентраций оксидов азота на экономичность и работоспособность элементов котла;
• установлении влияния способов снижения концентраций оксидов азота на надежность, экономичность и диапазон регулируемой нагрузки применительно к паровым котлам барабанного типаустановлении области рационального использования способов снижения выбросов оксидов азота с позиции обеспечения надежности и экологической безопасности;
• выявлении фактора влияния в котлах ТП-80, ТП-87 их тепловой схемы на характер изменения диапазона регулируемой нагрузки, экономичность и надежность при сжигании природного газа и мазута;
• установлении влияния дополнительных поверхностей нагрева, охлаждаемых другим рабочим телом, на диапазон регулируемой нагрузки и экономичность котла;
• установлении подхода к разработке тепловой схемы парового котла, обеспечивающего работу с высокими экономическими и экологическими показателями в широком диапазоне нагрузок при сжигании природного газа и мазута с учетом особенностей технологических схем ТЭЦ.
Практическая значимость работы заключается в:
• обосновании направлений технического перевооружения оборудования очередей ТЭЦ;
• разработке и реализации мероприятий по снижению выбросов оксидов азота от паровых котлов второй очереди;
• разработке рекомендаций по обеспечению параметров рабочей среды при реализации внутритопочных способов снижения образования оксидов азота;
• разработке исходных требований к замещающему котлу первой и второй очереди;
• разработке исходных положений по формированию тепловой схемы замещающего котла второй очереди.
160 Выводы.
1. Обоснована необходимость реконструкции первой очереди при сохранении главного корпуса ТЭЦ-20 с использованием новых технологий не только по условиям эффективности использования топлива, но и возможностями существующей системы охлаждения циркуляционной воды при сжигании природного газа.
2. На базе анализа проектных решений разработана концепция реконструкции ТЭЦ, предусматривающая: по первой очереди:
— использование газотурбинных технологий с установкой 3-х газовых турбин мощностью по 20 МВт в виде надстройки к паровым котлам ТП-170 по сбросной схеме;
— выделение в виде отдельного блока турбины ПТ-60 с переводом ее на проектное давление и созданием для нее котла и предусматривающую также связь с оборудованием второй очереди;
— модернизацию котлов ТП-170 и ТП-230. по второй очереди:
— установку замещающих котлов (взамен существующих котлов ТП-80 и ТП-87) с повышенными экономическими и экологическими показателями и расширенным диапазоном регулируемых нагрузок.
3. Показано, что для ТЭЦ, оборудованных котлами типа ТП-170 и переведенных на сжигание природного газа, установка ГТ-надстройки с газовыми турбинами мощностью 20 МВт является более эффективным, чем создание ГТУ-ТЭЦ такой же мощности. Так, экономия топлива в схеме ГТ-надстройки при выработке электроэнергии на тепловом потреблении 60% составляет 11,2% по сравнению с 4% в случае реализации схемы ПГУ-ТЭЦ.
4. Предложено натрадиционное решение по использованию низкотемпературных конвективных поверхностей нагрева котла ТП-170 в зависимости от режима работы установки с ГТ-надстройкой.
5. Найдены величины экономии топлива в схемах с ГТУ-надстройкой и ПГУ в зависимости от времени работы в теплофикационном режиме.
6. Проведенные комплексные испытания на котлах второй очереди показали:
— значительное снижение выбросов оксидов азота — до 50−80 мг/м3 при сжигании природного газа — может быть достигнуто как введением газов рециркуляции, так и реализацией комбинированного способа — ступенчатого сжигания с введением рециркуляции газов;
— существующие котлы обеспечивают заданный уровень температуры перегрева пара при снижении нагрузки лишь в случае использования газов рециркуляции и увеличения избытка воздуха в топке, что приводит к снижению экономичности их работы и свидетельствует о нерациональности их тепловой схемы при работе на природном газе и мазуте.
7. Выявлен различный характер влияния нагрузки на уровень выбросов оксидов азота при сжигании природного газа и мазута. При сжигании природного газа с уменьшением нагрузки концентрация оксидов азота падает, а при сжигании мазута — растет. Это является следствием нерациональности тепловой схемы котлов, приводящей к необходимости увеличивать избыток воздуха в топке для поддержания температуры перегрева пара при снижении нагрузки.
8. Предложена методика проведения расчетных исследований на базе программы Trakt влияния внутритопочных способов снижения выбросов оксидов азота на экономичность и работоспособность котла.
9. Выявлены диапазоны допустимой работы котла в зависимости от доли газов рециркуляции, способа сжигания и избытка воздуха в топке.
10. На базе проведенных исследований сформированы требования и даны пути их реализации в виде проектных решений по тепловой схеме замещающего газомазутного котла, позволяющие обеспечить требуемый уровень экономичности, экологичности, диапазон регулируемой нагрузки. Показано, что использование дополнительных поверхностей нагрева в конвективной шахте, охлаждаемых другим рабочим телом, не только повышает экономичность работы.
162 котла и способствует расширению регулируемого диапазона его работы. Вы полненные тепловые расчеты котла с предложенной тепловой схемой подтвердили правильность предлагаемых решений.
Список литературы
- Сергеев В.В. Автоматизированная система управления на ТЭЦ-20 Мос-энерго.//Энергетик, 1997, № 10, с. 4−6.
- Андрющенко А.И., Змачинский A.B., Понятов В. А. Оптимизация тепловых циклов и процессов ТЭС. М.: Высшая школа, 1974, 279 с. с ил.
- Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергия, 1976, 376 с. с ил.
- Стерман Л.С., Шарков А. Т., Тевлин С. А. Тепловые и атомные электрические станции. М.: Атомиздат, 1975, 496 с. с илл.
- Сергеев В.В., Енякин Ю. П., Магадеев В. Ш., Левин М. М., Гурес А. Г. Опыт техперевооружения энергетического оборудования на примере реконструкции котла ТП-80. Электрические станции, 1998, № 3, с. 2−5.
- Медведев В.А., Липец А. У., Пономарева Н. В., Бухман Г. Д., Кузнецова С. Н. Эффективность комплексной модернизации хвостовой части действующих пылеугольных котлов.//Теплоэнергетика, 1999, № 8, с. 43−47.
- Липец А.У. О техническом перевооружении паротурбинных энерго-блоков.//Энергетик, 2000, № 6, с. 13−14.
- Ногин В.И. Разработка оптимальных технических решений по реконструкции тепломеханического оборудования ТЭС АО Мосэнерго. Электрические станции, 1998, № 6, с. 39−48.
- Лавров Н.В., Розенфельд Э. И., Хаустович Г. П. Процессы горения топлива и защита окружающей среды. М., «Металлургия'', 1981, 240 с. с ил. .
- Сигал И .Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л., «Недра», 1988, 312 с. с ил.
- Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. М., Энергоатомиз-дат, 1987,144 с. с ил.
- Егорова JI.E., Росляков П. В., Буркова А. В. Математическое моделирование и расчет эмиссии токсичных продуктов сгорания органических топлив. -Теплоэнергетика, 1993, № 7, с. 63−68.
- Зельдович Я.Б., Садовников П. Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М., Наука, 1947,146 с. с ил.
- Гусев И.В., Зайчик Л. И., Кудрявцев Н. Ю. Моделирование образования оксидов азота при сжигании твердого топлива в топочных камерах. Теплоэнергетика, 1993, № 1, с. 32−36.
- Росляков П.В., Егорова J1.E. Защита атмосферного воздуха от газообразных выбросов. М., Изд-во МЭИ, 1996,71 с. с ил.
- Mekler I.A. Recirculating Furnace at Refineries. Oil a. Gas Journ., 1928, v. 26, № 41, p. 208−209 and 217. (И.А. Меклер. Применение топок с рециркуляцией дымовых газов в нефтехимической промышленности. Нефт. хоз-во, 1928, № 7, с. 38−45).
- Спейшер В.А., Горбаненко А. Д. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. М., Энергоатомиздат, 1991, 183 с. с ил.
- Методические указания по проектированию топочных устройств энергетических котлов. СПб., ЦКТИ, 1996,270 с. с ил.
- Закиров И.А. Исследование и внедрение способа нестехиометрическо-го сжигания топлива в газомазутных котлах с целью снижения выбросов оксидов азота. Автореф. канд. дис. М., МЭИ, 1998, 20 с.
- Соболев В.М. Оснащение котлов электростанций и котельных горе-лочными устройствами АО «ЭКОТОП», Энергетик, 199, №, с. 17−19.
- Barnhart D.K., Duhl E.K. Control of Nitrogen in Boilere Fuel Gases by Two-Stage Combustion. Journ. of the APCA, vol. 10, 1960, № 5.
- Роудон В., Садовски P.C. Обработка экспериментальных данных натурных испытаний по выбросам окислов азота из котельных агрегатов. Тр. ам. общества инженеров — механиков. Энергетические машины и установки., Сер. А, 1973, № 3, с. 1−9.
- Енякин Ю.П., Бычков A.M. Широкое внедрение технологических методов подавления оксидов азота на газомазутных котлах. Природоохранные технологии ТЭС. Сб. научн. ст. — М., ВТИ, 1996, с. 59−62.
- Буйнявичус К.Э. Повышение эффективности воздействия рециркуляции дымовых газов в топках газомазутного котла на снижение образования окислов азота. Автореф. канд. дис., Каунас, 1985, 20 с.
- Фаткуллин P.M., Пахомов А. Н., Арсланов Р. Г., Валиев А. Х. Снижение выбросов оксидов азота на котлах ПК-41 рациональной организацией совместного сжигания газа и мазута. Теплоэнергетика, 1998, № 12, с. 2−6.
- Ионкин И.Л., Росляков П. В., Егорова Л. Е. Классификация газомазутных котлов по характеристикам зоны активного горения для выбора воздухо-охранных мероприятий. Теплоэнергетика, 2000, № 1, с. 69−74.
- Росляков П.В., Егорова JI.E., Ионкин И. Л. Методы расчета выбросов вредных веществ с дымовыми газами котлов. М., МЭИ, 2000, 68 с.
- Методические указания по расчету выбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов тепловых электростанций. РД 34.02.304−95. М.,
- Определение эффективности технологических методов снижения концентраций азота в уходящих газах котельных установок. (Методические указания). — М., СПО ОРГРЭС, 1995.
- Fenimore С.Р. Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flaffie//B-th Sympos. (Interm.) On Combustion. 1971. P. 373.
- Работы ВТИ по снижению выбросов оксидов азота технологическими методами./Ю.П.Енякин, В. Р. Котлер и др.//Теплоэнергетика, 1991, № 6, с. 33−38.
- ГОСТ Р 50 831−95. Установки котельные. Тепломеханическое оборудование. Общие технические требования. М., Госстандарт России, 23 с.
- Трембовля В.И., Фингер Е. Д., Авдеева A.A. Теплотехнические испытания котельных установок. М., Энергоатомиздат, 1991, 416 с. с ил.
- Методические указания по составлению режимных карт котельных установок и оптимизация управления ими. РД 34.25.514−96. М., СПО ОРГРЭС, 1998, 59 с.
- Определение эффективности технологических методов снижения концентраций азота в уходящих газах котельных установок. (Методические указания). М., СПО ОРГРЭС, 1995.
- Сергеев В.В. Практический анализ способов снижения выбросов оксидов азота. Совершенствование конструкций и режимов эксплуатации паровых котлов. Сб. научн. тр./Юж.-Рос. гос. техн. ун-т., г. Новочеркасск, ЮРГТУ, 2000, с. 90−95.
- Сергеев В.В., Усиков Н. В. Применение рециркуляции дымовых газов для снижения выбросов оксидов азота. Совершенствование конструкций и режимов эксплуатации паровых котлов. Сб. научн. тр./Юж.-Рос. гос. техн. ун-т., г. Новочеркасск, ЮРГТУ, 2000, с. 95−102.
- Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. Под ред. Кузнецова Н. В., Митора В. В. и др. М.: Энергия, 1973, 296 с.
- Сергеев В.В., Левченко Г. И., Безгрешнов А. Н., Новиков Ю. С. Совершенствование тепловой схемы котла ТП-87 ТЭЦ-20 Мосэнерго при переводе его на сжигание природного газа и мазута.//Тяжелое машиностроение. 2000, № 5,-с. 2−5.167
- Корницкий С.Я. Тепловая схема котельных агрегатов высокого давле-ния.//Известия ВТИ, 1947, № 11, с. 17−25.
- Корницкий С.Я. Котельные агрегаты высокого давления. В кн. Пар высокого давления в энергетике. М.: Госэнергоиздат, 1950,196 с. с ил.
- Брауде И.Е., Жирнов Н. И., Паршин A.A., Розенгауз И. Н., Стенинг А. И., Уваров В. В. Современные котельные агрегаты. М.: Госэнергоиздат, 1959, 248 с. с ил.
- Безгрешнов А.Н. Принятие проектных решений при проектировании паровых котлов. Новочеркасск, НГТУ, 1997, 126 с. с ил.