Схема подогрева воздуха запроектирована при разработке котла ТП-108, предназначенного для сжигания фрезерного торфа. При этом рассмотрено несколько вариантов и выполнены технико-экономические расчеты, определены оптимальные температуры уходящих газов для каждого из вариантов. Оказалось, что при подогреве воздуха до 70 °С, выбранного по условиям надежной работы , оптимальная #ух снижается для варианта с низкого давления от 160 до 130 °С. Эта схема хорошо сочетается с газовым регулированием температуры промежуточного перегрева пара и обеспечивает высокий подогрев воздуха в одноступенчатом трубчатом воздухоподогревателе (400 — 420 °С). Вариант с экономайзером низкого давления и подогревом воздуха питательной водой, отбираемой за ПНД-2, обеспечивает по расчету экономию топлива около двух процентов. Из-за требований сжигания фрезерного торфа совместно с мазутом (30% по теплоте) на экономайзер подается вода после ПНД-3 с температурой 120 °С.
Принципиальная схема подогрева воздуха, выполненная на , показана на схеме:
Для обеспечения высокой эксплуатационной надежности в контур экономайзера низкого давления включены промежуточные водо-водяные теплообменники, установлены обезжелезивающие фильтры в контуре калориферов и увеличено число возможных точек отбора греющего конденсата на калориферы.
Проведенные расчеты схемы на пониженных нагрузках и при отрицательных температурах наружного воздуха показали ее работоспособность. Температура греющего конденсата на выходе из калориферов при их включении за ПНД-2 не опускается ниже +14 °С на нагрузках 100—50% при температуре воздуха на входе в калориферы — 15 °С. При 30%-ной нагрузке и при более низкой входной температуре рекомендуется повышение температуры подогрева воздуха и в случае необходимости включение рециркуляции горячего воздуха. Для предотвращения отрицательного баланса в деаэраторе рекомендовано при подаче воды на водо-водяной подогреватель предусмотреть возможность байпасирования ПНД-3.
Совместно ВТИ, НПО ЦКТИ и Шатурской ГРЭС проведены испытания и эксплуатационная проверка разработанной схемы.
Испытания проводились в зимний и летний периоды работы энергоблока. При этом изучались тепловые и аэродинамические характеристики отдельных элементов схемы, оценивались ее работоспособность и эффективность, а также возможность упрощения схемы без ущерба для ее эксплуатационной надежности.
По калориферной установке с воздушной стороны измерялись расход воздуха, температура и давление воздуха на входе и выходе. Для изучения равномерности прогрева воздуха в калориферах его температура перед кубами воздухоподогревателя измерялась в 70 точках (35 термопар с левой и 35 — с правой стороны котла). По водяной стороне измерялись расход и температуры прямого и обратного конденсата.
По водяной стороне экономайзера низкого давления измерялись температуры воды на входе и выходе, по газовой стороне снимались поля температур на входе и выходе (соответственно 18 и 36 термопар).
Большое внимание уделялось надежному определению потерь теплоты с уходящими газами котла. Для этого поля температур уходящих газов снимались не только за экономайзером низкого давления, но и за воздухоподогревателем (по 16 термопар на каждом потоке газов двухпоточного воздухоподогревателя). Определялся расход газов через газоход экономайзера низкого давления.
Содержание железа в питательной воде регулярно контролировалось путем отбора проб конденсата из контура калориферов и питательной воды из ПНД-1 и ПНД-4. Контроль осуществлялся не только в период Испытаний, но и в эксплуатационных режимах работы котла.
Особое внимание при эксплуатации энергоблока и в процессе испытаний головного образца рассматриваемой схемы предварительного подогрева воздуха уделено работоспособности схемы в целом и целесообразности использования отдельных ее элементов при последующем внедрении энергоблоков с подобной схемой для Смоленской и Череповецкой ГРЭС.
Прежде всего следует подчеркнуть необходимость применения надежных в эксплуатации и эффективных по тепловым показателям конструкций энергетических калориферов вместо сантехнических, что позволит полнее реализовать термодинамические преимущества использования теплоты низкопотенциальных отборов пара турбин для предварительного подогрева воздуха. Полезным элементом контура калориферов следует считать теплообменник, предназначенный для передачи конденсату теплоты пара из общестанционной магистрали при пусках энергоблока. Измерения показали, что теплообменник обеспечивает подогрев воздуха в пусковых режимах до 95—100 °С.
Следует отметить, что за период эксплуатации энергоблока обезжелезивающие фильтры контура калориферов практически не включались в работу. Анализ результатов эксплуатационного контроля питательной воды по блоку показывает, что содержание железа в питательной воде на входе в котел при работе блока как с включенными, так и с отключенными калориферами практически было одинаково. Содержание железа в конденсате также невелико.
Учитывая небольшую поверхность нагрева экономайзера низкого давления, рекомендовано отказаться в дальнейшем от использования промежуточных теплообменников (ВВТО), без необходимости усложняющих и удорожающих схему. Эта рекомендация принята Рижским отделением ТЭП при проектировании Смоленской ГРЭС.
Полученные материалы позволили определить фактическую технико-экономическую эффективность новой схемы.
В качестве альтернативного варианта при расчете принят разработанный ТКЗ в техническом проекте вариант котла с газовым регулированием без экономайзера низкого давления.
Предварительный подогрев воздуха в этом варианте (до той же температуры 70 °С) осуществляется, как это принималось в проектах, паром с давлением 0,588 МПа в сантехнических калориферах с тем же коэффициентом использования, что и в фактическом варианте. Коэффициенты использования ТВП, температуры газов и избытки воздуха на входе в ТВП для альтернативного варианта выбраны такими же, как и для фактического варианта. Температура газов и избытки воздуха на входе в холодную ступень ТВП в альтернативном варианте приравнены к соответствующим показателям перед ЦНД.
Сопоставление вариантов проводилось при таких значениях мощности (брутто), которые обеспечивали одинаковую отпускаемую мощность.
В качестве исходных данных при определении КПД котла и удельного расхода теплоты на турбину (брутто) по вариантам принимались условия зимнего опыта. В этих условиях, как показывает расчет, температура уходящих газов в альтернативном варианте примерно на 26 °С выше, чем в фактическом варианте, КПД котла в альтернативном варианте на 2,24 % ниже КПД, полученного фактически для котла с ЦНД, установленного на ГРЭС.
Изменение удельного расхода теплоты на турбоустановку определялось с учетом теплоты, отпускаемой из системы регенерации на подогрев воздуха в калориферах. Как показали расчеты, выполненные по данным испытаний, экономия топлива в реализованном варианте составляет 1,62%.
Окончательное сопоставление вариантов производилось по приведенным затратам.
При расчете изменения капитальных затрат затраты по котлу и трубопроводам калориферной установки оказались примерно одинаковыми. Весьма большими оказались в реализованном варианте затраты на теплообменник и обезжелезивающие фильтры. При отказе от теплообменника эффективность схемы увеличится.