Экономическая целесообразность применения нового аминного водно-химического режима на примере ТЭЦ ВАЗа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экономическая целесообразность применения нового аминного водно-химического режима на примере ТЭЦ ВАЗа

А.А. Гридчин,

Е.В. Сороколатова

Т.Б. Федотова

Безопасная и надежная работа теплообменного оборудования любой ТЭЦ обеспечивается ведением соответствующего водно-химического режима, при котором чистота металлических поверхностей энергетических контуров достигается выведением поступающих в теплоноситель вредных примесей и предотвращением образования накипи и коррозии.

ТЭЦ ВАЗа является крупнейшим предприятием РФ. Станция вырабатывает тепловую (3903 Гкал/ч) и электрическую (1172 МВт) энергию для обеспечения жизнедеятельности и нормального функционирования всех подразделений ОАО "АВТОВАЗ", жилого массива и промышленно-коммунальной зоны Автозаводского района г. Тольятти.

В состав теплопередающего оборудования станции входят 14 энергетических котлов, 14 водогрейных котлов, 11 турбоагрегатов. Основное топливо - природный газ, поступающий по трубопроводам от ГРС №19а автозаводского комплекса. Резервное топливо - высокозернистый топочный мазут марки "М-100".

Восполнение потерь пара и конденсата основного цикла станции производится обессоленной водой, получаемой на обессоливающих установках (ОУ) в химическом цехе. Восполнение потерь в сети горячего водоснабжения Автозаводского района г. Тольятти производится химически очищенной водой, получаемой на установке подпитки теплосети (УПТС) на Н-фильтрах с "голодной" регенерацией также в химическом цехе.

При ведении традиционного водно-химического режима на ТЭЦ ВАЗа для коррекционной обработки питательной воды наряду с термической деаэрацией применяется гидразин - высокотоксичное вещество 1 класса опасности. Рабочий раствор вводят во всасывающий трубопровод питательного насоса (ПЭНа). Гидразинная обработка ведется непрерывно.

Коррекционная обработка котловой воды с целью предотвращения образования в котле твердой кальциевой накипи, а также поддержания рН котловой воды, производится фосфатом натрия со щелочью, которые относятся ко 2 классу опасности веществ.

В период проведения специалистами ООО "ТЭХ-Групп" обследования технического состояния оборудования качественные показатели теплоносителя по воде, пару и конденсату соответствовали требованиям нормативных документов РФ [1]. Исключением являлся рН котловой воды в период пуска котлов, значение которого при традиционном режиме в период пуска котлов было достаточно низким, что небезопасно, с точки зрения коррозии экранных труб.

С целью отказа от гидразина, снижения скорости коррозии и образования отложений и повышения надежности эксплуатации тепломеханического оборудования с июля по сентябрь 2013 года были проведены опытно-промышленные испытания [2] нового аминосодержащего режима (АСР). Для ведения нового АСР были предложены комплексные реагенты, содержащие в своем составе нейтрализующие, пленкообразующие амины и дисперсанты. реагент теплообменный конденсат

Специально подобранная смесь нейтрализующих аминов комплексного реагента для котлов высокого давления без промперегрева позволяет поддерживать значение РН конденсатно-питательного и парового тракта ТЭЦ ВАЗа в пределах нормативных значений.

Входной контроль качества реагентов осуществляется по содержанию ПОА, по рН, плотности реагента [3].

Аминный водный режим (АСР) регламентирован нормативным документом СТО [4], учитывающим требования, предъявляемые к водоподготовительному оборудованию, водно-химическому режиму ТЭС.

Поскольку применяемые реагенты - это смесь нейтрализующих и пленочных аминов, то при их дозировке необходимо руководствоваться инструкцией, разработанной в 2004 году Всероссийским теплотехническим институтом (ОАО "ВТИ") [5]. Инструкция определяет технологию коррекционной обработки теплоносителя комплексным реагентом (КР) эпурамином на электростанциях с барабанными котлами давлением 2,4 - 13,8 МПа, работающими как в составе энергоблоков, так и в тепловых схемах с поперечными связями.

Пленкообразующие амины обладают способностью образовывать на поверхности металла молекулярную пленку, защищающую металл от воздействия кислорода и углекислоты.

Применение дисперсантов позволяет снизить образование кальциевых и железооксидных отложений на экранных поверхностях нагрева котлов. Образующийся в котле шлам переводится в аморфное состояние и эффективно удаляется с непрерывной и периодической промывкой котлов.

Кроме того, комплексные реагенты являются щелочными продуктами и ввод их перед растопкой котла или в процессе его заполнения, позволит избежать низкого рН при пуске котла, и соответственно предотвратить коррозионные процессы и образование отложений в этот период.

Проведенные опытно-промышленные испытания наглядно показали ряд преимуществ по сравнению с традиционным ВХР:

- возможность отказа от гидразина и замена его на малотоксичные продукты;

- соответствие нормам ПТЭ и ЭС РФ всех качественных показателей теплоносителя по тракту ТЭЦ ВАЗа в период эксплуатации и пусков котлов;

- улучшение "чистоты" вырабатываемого пара и снижение степени загрязнения проточной части турбин;

- снижение интенсивности коррозии и скорости образования отложений по тракту в 1,5 раза;

- уменьшение непрерывной продувки на 0,5% (среднее значение непрерывной продувки котлов станции за 2012 год составляет 0,93%).

После проведенных опытно-промышленных испытаний наряду с техническими проработками сотрудниками ООО "ТЭХ-Групп" был произведен подробный экономический анализ, основанный на полученных данных по расходам топлива, электроэнергии, воды, реагентов и составлено технико-экономическое обоснование (в расчете на 1 календарный год) применения комплексных реагентов при внедрении аминосодержащего водно-химического режима.

В расчете учитывался ряд факторов:

- снижение непрерывной продувки в среднем на 0,5%;

- проведение консервации котлов;

- отказ от химических очисток котлов;

- отказ от проведения Экспертизы промышленной безопасности на насосное оборудование;

- снижение расхода топлива при снижении количества отложений на стенках теплообменного оборудования;

- замена насосного оборудования;

- приобретение комплексных реагентов.

Расчеты производились по вышеуказанным показателям для двух ВХР - традиционного, применяемого на ТЭЦ ВАЗа в настоящее время и аминосодержащего, испытанного во время ОПИ и рекомендованного к внедрению для тепломеханического оборудования данного предприятия.

Уменьшение размера непрерывной продувки на 0,5% позволит снизить затраты по следующим показателям:

- расход топлива на нагрев воды;

- водопотребление обессоленной воды;

- собственные нужды ХЦ;

- расход реагентов на снижение вырабатываемой воды;

- водоотведение;

- водопотребление исходной (сырой) воды.

Затраты денежных средств на топливо для нагрева воды вычисляется по формуле [6]:

, (1)

где: - расход условного топлива на нагрев питательной воды до параметров котловой воды, ;

- ожидаемый расход воды при непрерывной продувки котла за год, т

n - стоимость 1 тут за год, принимается равной 4370 руб.

Расход условного топлива на нагрев 1 т питательной воды до параметров котловой воды учитывает среднее значение КПД котла (по данным ПТО ТЭЦ ВАЗа равен 0,924) и определяется по формуле:

, (2)

где: - энтальпия котловой воды,386,0 ккал/кг;

- энтальпия питательной воды, 237,2 ккал/кг (при температуре 230°С);

Qтут - теплота сгорания условного топлива, 7000 ккал/кг.

Ожидаемый расход воды при непрерывной промывки котла в год определяется по формуле:

, (3)

где: - процент непрерывной продувки (среднее значение непрерывной продувки котлов ТЭЦ ВАЗа за 2012 год составляло 0,93%, во время ОПИ - 0,43%).

Результаты расчетов для сравниваемых режимов сведены в таблицу 1, статья 1.

Таблица 1 - Затраты денежных средств при проведении непрерывных продувок на котлах

№ статьи расхода	Наименование статьи расхода	Традиционный режим, 0,93%	Аминосодержащий режим, 0,43%
1	Расхода топлива на нагрев воды	20 229 236,00	9 353 303,00
2	Водопотребление обессоленной воды	12 315 461,00	5 694 245,00
3	Водопотребление исходной (сырой воды)	289 823,00	134 004,00
4	Водоотведение	1 221 684,00	564 865,00
5	Собственные нужды ХЦ	2 339 938,00	1 081 907,00
	ИТОГО, руб	36 396 142,00	16 828 324,00

Затраты на водопотребление обессоленной воды определяется по формуле:

, (4)

где: - процент непрерывной продувки (среднее значение непрерывной продувки котлов ТЭЦ ВАЗа за 2012 год составляло 0,93%, во время ОПИ - 0,43%);

- расход питательной воды в год, 21 641 495 т;

m - стоимость 1 тонны обессоленной воды, принимается равной 61,19 рублей.

Результаты расчета приведены в таблице 1, статья 2.

Затраты на водопотребление исходной воды определяется по формуле:

, (5)

где: - процент непрерывной продувки (среднее значение непрерывной продувки котлов ТЭЦ ВАЗа за 2012 год составляло 0,93%, во время ОПИ - 0,43%);

- расход питательной воды в год, 21 641 495 т;

р - стоимость 1 тонны исходной воды, принимается равной 1,44 рубля.

Результаты расчета приведены в таблице 1, статья 3.

Затраты на водопотребление исходной воды определяется по формуле:

, (6)

где: - процент непрерывной продувки (среднее значение непрерывной продувки котлов ТЭЦ ВАЗа за 2012 год составляло 0,93%, во время ОПИ - 0,43%);

- расход питательной воды в год, 21 641 495 т;

t - стоимость 1 тонны сточной воды, принимается равной 6,07 рубля.

Результаты расчета приведены в таблице 1, статья 4.

Затраты химического цеха на собственные нужды в год по данным ПТО ТЭЦ ВАЗа принимаются равными 19 % от ожидаемого расхода воды при непрерывной промывки котла в год . Результаты расчета приведены в таблице 1, статья 5.

Консервация котлов при различных режимах проводится по-разному.

Регламентированные в настоящее время способы консервации оборудования либо не обеспечивают нормативное качество консервации, либо предполагают проведение специальных подготовительных мероприятий, затрат на дополнительные реагенты, топливо и привлечение специализированных организаций, стоимость работ которых достаточно высока (от 200 до 800 тыс. руб за консервацию в зависимости от типа установки).

На ТЭЦ ВАЗа применяется сухой останов [7]. Общая сумма затрат для 20 консерваций в год составляет 412 000 рублей (по данным ПТО станции).

Во время проведения ОПИ при амином режиме консервация котлов происходила по разработанному совместно со специалистами станции регламенту "Консервация котла перед остановом в длительный резерв или ремонт с его опорожнением". Обработка пленкообразующими аминами обеспечила достаточную защиту тепломеханического оборудования на срок более 6 месяцев. Было подсчитано, что затраты при этом для 20 консерваций в год составят 153400 руб.

Преимуществом реагентов Puro Tech является их универсальность. Они могут применяться как для ведения ВХР, так и для консервации всех элементов оборудования тепловой схемы станции, включая котел, турбину, вспомогательное оборудование и трубопроводы. При ведении аминного ВХР отпадает необходимость в проведении каких-либо дополнительных мероприятий по консервации, что подтверждено проведением консервации котла ст. № 2 персоналом ТЭЦ ВАЗа аминным раствором в процессе останова и получением положительных результатов по состоянию законсервированных поверхностей котла.

Амины образуют защитную гидрофобную плёнку на металлических поверхностях оборудования, препятствующую контакту металла стальных и медьсодержащих сплавов с агрессивной средой. Во время проведения ОПИ образование защитной пленки было подтверждено данными химической лаборатории ТЭЦ ВАЗа. Защитная пленка позволит сохранить состояние поверхностей нагрева энергетических котлов на длительное время, что особенно актуально при текущем положении с ремонтом оборудования. Помимо антикоррозионного действия, полиаминная плёнка предотвращает нарастание кристаллов накипеобразователей на поверхности металла, в особенности, в областях напряжённого теплообмена. Предотвращается также дальнейшее отложение продуктов коррозии, поступивших в котёл, а ранее образованные отложения постепенно разрушаются, переходят в шлам и удаляются с продувкой, что позволит в дальнейшем уйти от химических очисток поверхностей нагрева и связанных с ними материальных и трудовых затрат. Применение АСР на оборудовании ТЭЦ ВАЗа также подтвердило отмывочный эффект данных реагентов.

Для снятия отложений ТЭЦ ВАЗа проводит химические очистки котлов с применением минеральной кислоты и аммиака. На котлах № 1-5 проведено уже более 10 кислотных очисток за все время эксплуатации. Несмотря на применение ингибированной кислоты, процессы коррозии, неизбежно протекающие в насыщенном промывочном растворе, приводят к травлению и постепенному охрупчиванию металла, разрушению структуры стали, сварных швов испарительных труб котла. Со слов специалистов станции, количество восстановительных ремонтов после очисток с каждым годом увеличивается.

При расчете затрат на проведение химических очисток, исходя из опыта сотрудников химического цеха станции и, по согласованию с ними, принято проведение 2 очисток в год. При этом учтены затраты на приобретение реагентов для проведения очисток, оплата услуг специализированной организации "Котлоочистка", затраты на обессоленную воду и сброс этой воды после ее использования, плата за расход топлива на пассивацию котла после очистки. Немаловажным фактором является и плата за негативное влияние на централизованную систему водоотведения при сбросе промывочных вод ТЭЦ ВАЗа. Суммарные затраты на проведение химических очисток, учтенные в данном экономическом анализе, при традиционном ВХР составляют 1 415 960 рублей в год.

При аминном водно-химическом режиме химических очисток не проводится из-за отсутствия или малого количества отложений на стенках теплообменного оборудования и создания защитной плёнки на металлических поверхностях оборудования, препятствующей контакту металла стальных и медьсодержащих сплавов с агрессивной средой.

Известно, что гидразин является высокотоксичным химическим веществом 1 класса опасности. При его применении в ВХР станции необходимо проводить Экспертизу промышленной безопасности для баков, трубопроводов, насосов гидразинного хозяйства. Затраты на Экспертизу составляют 216 000 рублей.

Комплексные реагенты, применяемые при аминосодержащем ВХР, являются малотоксичными продуктами 3 класса опасности. Согласно нормативным документам РФ Экспертиза промышленной безопасности в этом случае не проводится.

Затраты на техническое обслуживание гидразинных насосов, возможную замену вышедших из строя или частичный ремонт насосной установки, а также на потребляемую ими электроэнергию составляют 372 989 рублей в год (по данным специалистов ТЭЦ ВАЗа).

При внедрении аминосодержащего водно-химического режима необходимо заменить существующее насосное оборудование на новые пластиковые насосы-дозаторы в количестве 14 шт (согласно технологической схеме, принятой при проведении ОПИ). Затраты на приобретение таких насосов составляют 728 000 рублей.

Затраты на реагенты при традиционном ВХР складываются из затрат на приобретение гидразина и приобретение тринатрийфосфата и суммарно составляют 800 290 рублей.

Затраты на приобретение комплексных реагентов при АСР составляют 17 000 000 рублей.

В таблице 2 приведены расчетные данные по двум водно-химическим режимам.

Таблица 2

Наименование показателей	Традиционный режим	Аминосодержащий режим
Проведение непрерывной продувки	36 396 142,00	16 828 324,00
Консервация котлов	412 000,00	153 400,00
Химические очистки котлов	1 415 960,00	0
Проведение Экспертизы промбезопасности	216 000,00	0
Замена и эксплуатация насосов-дозаторов	372 989,00	728 000,00
Приобретение реагентов	800 290,00	17 000 000,00
ИТОГО по режиму за год, руб	39 613 381,00	34 709 724,00
Экономический эффект за год, руб	4903 657,00

Кроме рассмотренных выше экономических составляющих, специалистами был произведен тепловой расчет эффективности теплообмена на примере котла ТГМ-84.

Эффективность теплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи k, который определяется по формуле:

, (7)

где: б1,б2 - коэффициенты теплоотдачи на поверхностях (в нашем случае, экранная труба);

д - толщина стенки (отложений).

л - коэффициент теплопроводности материала стенки (отложений);

Сумма отношений толщины отдельных слоёв многослойной стенки к коэффициентам теплопроводности этих слоёв (самой стенки и отложений) определяется по формуле:

, (8)

При наличии отложений, коэффициент теплопередачи снизится. Коэффициент теплопроводности отложений на внутренней поверхности экранных труб [6] составляет:

= 5,7 или 4,9 .

Толщина отложений составляет:

- для экранов чистого отсека принимаем величину (86% поверхностей нагрева) - 0,02 мм/год;

- для труб солёного отсека (14% поверхностей) по результатам опытно-промышленных испытаний - 0,03 мм/год.

Следовательно, средняя толщина отложений за год:

= (0,02·0,86+0,03·0,14) 10-3м = 0,021·10-3м.

По вышеприведенной формуле определим влияние загрязнений на внутренней поверхности экранной трубы.

Коэффициент теплоотдачи при ламинарном течении воды в экранных трубах [6] составляет

б1 = 5950 ккал/м 2. ч.град

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы составляет

б2 = 485 ккал/м 2. ч.град

Коэффициент теплопроводности материала стенки

л = 37,7 ккал/м.ч. град

Толщина стенки экранной трубы:

д = 6 мм

Определяем коэффициент теплопередачи при чистых трубах:

1/ б1 =1/5950 = 0,000168

1/ б2 =1/485 = 0,00206

дст/лст = 6 . 10-3/37,7 = 0,00016

kчист = 1/(0,000168 + 0,00206 + 0,00016) = 418,76 ккал/м 2. ч.град

Определяем коэффициент теплопередачи при загрязненных трубах, принимая:

д = 0,021·10-3 м, л = 4,9 ккал/м.ч. град

получаем:

дотл/лотл = 0,021·10-3/4,9 = 0,00429·10-3

kзагр = 1/(0,000168 + 0,00206 + 0,00016 + 0,00429·10-3) = 418,01 ккал/м 2. ч.град

Снижение коэффициента теплопередачи составило:

Дk = kзагр/ kчист = 418,01 /418,76 = 0,9982

Полезное количество передаваемого тепла в топке принимается равным [6]:

Qрас = 247 *106 ккал/час

Количество передаваемого полезного тепла для процесса парообразования в экранных трубах котла снижается с учетом снижения коэффициента передачи через трубу с отложениями, ккал/ч:

Qзагр = Дk.Qрасч, (9)

Qзагр = 0,9982*247 *106 = 246,56*106 ккал/час

ДQ = Qрасч - Qзагр= 247*106 - 246,56*106 = 0,44*106 ккал/час

Определяем перерасход условного топлива при загрязненных трубах, принимая КПД котла ж = 92,4 %:

В = ДQ/(ж . 7000) = 0,44*106 /(0,924 * 7000) = 68,03 кгут/час

По данным группы учета ПТО ТЭЦ ВАЗа общая наработка часов всех котлов в 2012 году и стоимость условного топлива составили:

ф = 66223 часа, n = 4370 руб/тут

Перерасход условного топлива за год, рассчитанного в руб. с учетом стоимости тут за 2012 год составит:

руб в год, т.е.

снижение затрат за счет исключения образования отложений на внутренних поверхностях нагрева котлов составит при внедрении новых реагентов для коррекционной обработки теплоносителя 19 687 508,5 рублей в год.

Таким образом, общий годовой экономический эффект при внедрении аминосодержащего режима с применением комплексных реагентов, подчитанный сотрудниками ООО "ТЭХ-Групп" совместно со специалистами ТЭЦ ВАЗа, составит около 25 000 000 рублей, что наглядно показывает целесообразность внедрения нового ВХР на котлах высокого давления ТЭЦ ВАЗа.

Список использованных источников

1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации.- М.: ЭНЕРГОСЕРВИС, 2003.

2. Технический отчет по работе: "Проведение опытно-промышленных испытаний по изменению традиционного водно-химического режима ТЭЦ ВАЗа Самарского филиала ОАО "Волжская ТГК" на аминосодержащий режим с дозированием комплексных реагентов PuroTech BW11 и PuroTech BW15".- Тольятти, 2013.

3. СТО ВТИ 34.004-2013 Методика определения массовой концентрации полиаминов в производственных водах тепловых электростанций фотоколориметрическим методом.

4. СТО 70238424.27.100.013-2009 Водоподготовительные установки и водно-химический режим ТЭС. Условия создания. Нормы и требования.

5. СО 34.37.535-2004 Инструкция по коррекционной обработке комплексным реагентом эпурамин теплоносителя котлов давлением 2,4-13,8 МПа.

6. "Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод).- под редакцией Н.В. Кузнецова и др.- изд. 2, переработанное.- М.:ЭНЕРГИЯ 1973 г.

7. РД 34.20.596-97 "Методические указания по консервации теплоэнергетического оборудования с применением пленкообразующих аминов".- М.: СПО ОРГРЭС, 1997.

Размещено на Allbest.ru

...