1.11 Характеристика Центральной электростанции ОАО «ММК»

ЦЭС ОАО ММК в системе "Челябэнерго", является блок-станцией. Связь с системой осуществляется по линии 110кВ через подстанцию 60 и ТЭЦ. В системе Магнитогорского энергоузла станция связана с ТЭЦ по линиям 110кВ и ПВЭС-2 по линиям 10,5кВ.

горячую воду для технологических нужд и отопления потребляют листопрокатные цехи и КХП, а также горячая вода подается на северный район города и горнорудное хозяйство.

ЦЭС является паротурбинной теплофикационной электростанцией, назначение которой снабжать потребителей электрической и тепловой энергией. ЦЭС работает на доменном и природном газе и мазуте, который является отходом после переработки углей коксохимического производства.

Доменный газ к ЦЭС подводится по 2-м газопроводам, северному и южному. Сразу за свечами на этих подводах установлены задвижки с электропроводами, на северном Dy 1900 мм, на южном Dy 2400 мм. Цеховой коллектор доменного газа имеет перемычку, которая соединяет участок газопровода за задвижкой Dy 2400 мм с общим коллектором Dy 1900 мм на крыше бункерной галереи. От общего коллектора доменного газа на каждый из восьми котлов идет по два газопровода Dy 800 мм, на котлах №1-8 газопроводы котлов смонтированы по одинаковой схеме.

Снабжение ЦЭС природным газом производится через регуляторы ГРП. Из магистрального газопровода газ по газопроводам Dy 500 мм поступает на ГРП, там они разделяются на три газопровода А ,Б ,В, на каждом из которых установлены регуляторы давления газа . Схема газопроводов выполнена таким образом , что позволяет работать любым регулятором с любого входного газопровода в любой выходной газопровод . Баланс топлива сведен в таблицу 1.

Таблица 1 - Баланс топлива

Основными потребителями тепловой энергии станции является правобережная часть города, где тепло горячей воды используется для нужд отопления и горячего водоснабжения.

Характеристика котлов

Паровой котел -- это устройство, имеющее систему поверхностей нагрева для получения пара из непрерывно поступающей в него питательной воды путем использования теплоты, выделяющейся при сгорании органического топлива (Рис. 2).

В современных паровых котлах организуется факельное сжигание топлива в камерной топке, представляющей собой призматическую вертикальную шахту. Факельный способ сжигания характеризуется непрерывным движением топлива вместе с воздухом и продуктами сгорания в топочной камере.

Топливо и необходимый для его сжигания воздух вводятся в топку котла через специальные устройства -- горелки. Топка в верхней части соединяется с призматической вертикальной шахтой (иногда с двумя), называемой по основному виду проходящего теплообмена конвективной шахтой.

В топке, горизонтальном газоходе и конвективной шахте находятся поверхности нагрева, выполняемые в виде системы труб, в которых движется рабочая среда. В зависимости от преимущественного способа передачи тепла к поверхностям нагрева их можно подразделить на следующие виды: радиационные, радиационно-конвективные, конвективные.

В топочной камере по всему периметру и по всей высоте стен обычно расположены трубные плоские системы -- топочные экраны, являющиеся радиационными поверхностями нагрева.

Для непрерывного отвода теплоты и обеспечения приемлемого температурного режима металла поверхностей нагрева организуется непрерывное движение в них рабочей среды. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе проходят через них однократно. Движение же рабочей среды через парообразующие (испарительные) поверхности нагрева может быть как однократным, так и многократным.

Водопаровой тракт прямоточного котла представляет собой разомкнутую гидравлическую систему, во всех элементах которой рабочая среда движется под напором, создаваемым питательным насосом. В прямоточных котлах нет четкого разделения экономайзерной, парообразующей и пароперегревательных зон. Прямоточные котлы работают на докритическом и сверхкритическом давлении.

В котлах с многократной циркуляцией существует замкнутый контур, образованный системой обогреваемых и необогреваемых труб, объединенных вверху барабаном, а внизу -- коллектором. Барабан представляет собой цилиндрический горизонтальный сосуд, имеющий водяной и паровой объемы, которые разделяются поверхностью, называемой зеркалом испарения. Коллектор -- это заглушенная с торцов труба большого диаметра, в которую по длине ввариваются трубы меньшего диаметра.

В котлах с естественной циркуляцией питательная вода, подаваемая насосом, подогревается в экономайзере и поступает в барабан. Из барабана по опускным необогреваемым трубам вода поступает в нижний коллектор, откуда распределяется в обогреваемые трубы, в которых закипает. Необогреваемые трубы заполнены водой, имеющей плотность сґ, а обогреваемые трубы заполнены пароводяной смесью, имеющей плотность ссм, средняя плотность которой меньше сґ. Нижняя точка контура -- коллектор -- с одной стороны подвергается давлению столба воды, заполняющей необогреваемые трубы, равному Hсґg, а с другой -- давлению Hссмg столба пароводяной смеси. Возникающая разность давлений H(сґ -- ссм)g вызывает движение в контуре и называется движущим напором естественной циркуляции

Sдв (Па): Sдв = H(сґ -- ссм)g,

где H -- высота контура; g - ускорение свободного падения.

В отличие от однократного движения воды в экономайзере и пара в пароперегревателе движение рабочего тела в циркуляционном контуре является многократным, так как при проходе через парообразующие трубы вода испаряется не полностью и паросодержание смеси на выходе из них составляет 3-20%.

Отношение массового расхода циркулирующей в контуре воды к количеству образовавшегося пара в единицу времени называется кратностью циркуляции

R = mв/mп.

В котлах с естественной циркуляцией R = 5-33, а в котлах с принудительной циркуляцией -- R= 3-10.

В барабане образовавшийся пар отделяется от капель воды и поступает в пароперегреватель и далее в турбину.

В котлах с многократной принудительной циркуляцией для улучшения циркуляции устанавливается дополнительно циркуляционный насос. Это позволяет лучше компоновать поверхности нагрева котла, допуская движение пароводяной смеси не только по вертикальным парогенерирующим трубам, но также по наклонным и горизонтальным.

Поскольку наличие в парообразующих поверхностях двух фаз -- воды и пара -- возможно лишь при докритическом давлении, барабанные котлы работают при давлениях меньше критических.

Температура в топке в зоне горения факела достигает 1400-1600°С. Поэтому стены топочной камеры выкладывают из огнеупорного материала, а их наружная поверхность покрывается тепловой изоляцией. Частично охладившиеся в топке продукты сгорания с температурой 900-1200°С поступают в горизонтальный газоход котла, где омывают пароперегреватель, а затем направляются в конвективную шахту, в которой размещаются промежуточный пароперегреватель, водяной экономайзер и последняя по ходу газов поверхность нагрева -- воздухоподогреватель, в котором воздух подогревается перед его подачей в топку котла. Продукты сгорания за этой поверхностью называются уходящими газами: они имеют температуру 110-160°С. Поскольку дальнейшая утилизация тепла при такой низкой температуре нерентабельна, уходящие газы с помощью дымососа удаляются в дымовую трубу.

Большинство топок котлов работает под небольшим разрежением 20-30 Па (2 -- 3 мм вод.cт.) в верхней части топочной камеры. По ходу продуктов сгорания разрежение в газовом тракте увеличивается и составляет перед дымососами 2000-3000 Па, что вызывает поступление атмосферного воздуха через неплотности в стенах котла. Они разбавляют и охлаждают продукты сгорания, понижают эффективность использования тепла; кроме того, при этом увеличивается нагрузка дымососов и растет расход электроэнергии на их привод.

В последнее время создаются котлы, работающие под наддувом, когда топочная камера и газоходы работают под избыточным давлением, создаваемым вентиляторами, а дымососы не устанавливаются. Для работы котла под наддувом он должен выполняться газоплотным.

Поверхности нагрева котлов выполняются из сталей различных марок в зависимости от параметров (давления, температуры и др.) и характера движущейся в них среды, а также от уровня температур и агрессивности продуктов сгорания, с которыми они и находятся в контакте.

Важное значение для надежной работы котла имеет качество питательной воды. В котел непрерывно поступает с ней некоторое количество взвешенных твёрдых частиц и растворенных солей, а также окислов железа и меди, образующихся в результате коррозии оборудования электростанций. Очень небольшая часть солей уносится вырабатываемым паром. В котлах с многократной циркуляцией основное количество солей и почти все твердые частицы задерживаются, из-за чего их содержание в котловой воде постепенно увеличивается. При кипении воды в котле соли выпадают из раствора и на внутренней поверхности обогреваемых труб появляется накипь, которая плохо проводит тепло. В результате покрытые изнутри слоем накипи трубы недостаточно охлаждаются движущейся в них средой, нагреваются из-за этого продуктами сгорания до высокой температуры, теряют свою прочность и могут разрушиться под действием внутреннего давления. Поэтому часть воды с повышенной концентрацией солей необходимо удалять из котла. На восполнение удаленного количества воды подается питательная вода с меньшей концентрацией примесей. Такой процесс замены воды в замкнутом контуре называется непрерывной продувкой. Чаще всего непрерывная продувка производится из барабана котла.

В прямоточных котлах из-за отсутствия барабана нет непрерывной продувки. Поэтому к качеству питательной воды этих котлов предъявляются особенно высокие требования. Они обеспечиваются путем очистки турбинного конденсата после конденсатора в специальных конденсатоочистительных установках и соответствующей обработкой добавочной воды на водоподготовительных установках.

Вырабатываемый современным котлом пар является, вероятно, одним из наиболее чистых продуктов, производимых промышленностью в больших количествах.

Так, например, для прямоточного котла, работающего на сверхкритическом давлении, содержание загрязнений не должно превышат 30-40 мкг/кг пара.

Современные электростанции работают с достаточно высоким КПД. Теплота, затраченная на подогрев питательной воды, ее испарение и получение перегретого пара, -- это полезно использованная теплота Q1.

Основная потеря тепла в котле происходит с уходящими газами Q2. Кроме того, могут быть потери Q3 от химической неполноты сгорания, обусловленные наличием в уходящих газах CO, H2, CH4; потери с механическим недожогом твердого топлива Q4, связанные с наличием в золе частичек несгоревшего углерода; потери в окружающую среду через ограждающие котел и газоходы конструкции Q5; и, наконец, потери с физической теплотой шлака Q6.

Обозначая

q1 = Q1 / Q , q2 = Q2 / Q и т.д., получаем КПД котла:

зk = Q1 / Q= q1=1-( q2+ q3+ q4+ q5+ q6),

где Q - количество тепла, выделяющегося при полном сгорании топлива.

Потеря тепла с уходящими газами составляет 5-8% и уменьшается с уменьшением избытка воздуха. Меньшие потери соответствуют практически горению без избытка воздуха, когда воздуха в топку подается лишь на 2-3% больше, чем теоретически необходимо для горения.

Отношение действительного объёма воздуха VД, подаваемого в топку, к теоретически необходимому VТ для сгорания топлива называется коэффициентом избытка воздуха:

б = VД/VТ ? 1.

Уменьшение б может привести к неполному сгоранию топлива, т.е. к возрастанию потерь с химическим и механическим недожогом. Поэтому принимая q5 и q6 постоянными, устанавливают такой избыток воздуха a, при котором сумма потерь

q2+ q3+ q4 > min.

Оптимальные избытки воздуха поддерживаются с помощью электронных автоматических регуляторов процесса горения, изменяющих подачу топлива и воздуха при изменениях нагрузки котла, обеспечивая при этом наиболее экономичный режим его работы. КПД современных котлов составляет 90-94%.

Все элементы котла: поверхности нагрева, коллекторы, барабаны, трубопроводы, обмуровка, помосты и лестницы обслуживания -- монтируются на каркасе, представляющем собой рамную конструкцию. Каркас опирается на фундамент или подвешивается к балкам, т.е. опирается на несущие конструкции здания. Масса котла вместе с каркасом довольно значительна. Так, например, суммарная нагрузка, передаваемая на фундаменты через колонны каркаса котла паропроизводительностью D=950 т/ч, составляет 6000 т. Стены котла покрываются изнутри огнеупорными материалами, а снаружи -- тепловой изоляцией.

Применение газоплотных экранов приводит к экономии металла на изготовление поверхностей нагрева; кроме того, в этом случае вместо огнеупорной кирпичной обмуровки стены покрываются лишь мягкой тепловой изоляцией, что позволяет на 30-50% уменьшить массу котла.

Энергетические стационарные котлы, выпускаемые промышленностью России, маркируются следующим образом: Е -- паровой котел с естественной циркуляцией без промежуточного перегрева пара; Еп -- паровой котел с естественной циркуляцией с промежуточным перегревом пара; Пп - прямоточный паровой котел с промежуточным перегревом пара. За буквенным обозначением следуют цифры: первая -- паропроизводительность (т/ч), вторая -- давление пара (кгс/см2). Например, ПК -- 1600 -- 255 означает: паровой котел с камерной топкой с сухим шлакоудалением, паропроизводительностью 1600 т/ч, давление пара 255 кгс/см2.

В топочных камерах современных котлов одновременно с процессом горения происходит передача теплоты излучением от образующихся высокотемпературных продуктов сгорания трубам 4 и 2, покрывающим стены топки и получившим название топочных экранов. В барабанных котлах топочные экраны являются преимущественно испарительными поверхностями нагрева.

Для уменьшения тепловых потерь с наружной стороны экраны покрыты обмуровкой.

Фестон представляет испарительную поверхность нагрева, образованную трубами заднего экрана, разведенными в шахматном порядке в несколько (три-четыре) рядов.

Устройство парового котла с естественной циркуляцией

Паровой котлоагрегат (Рис. 2) с естественной циркуляцией включает топку 2, конвективную шахту 9 и горизонтальный газоход 6, соединяющий топку с конвективной шахтой.

Все экраны 3 с помощью тяг подвешены к металлоконструкциям потолочного перекрытия и могут свободно расширяться вниз. Для уменьшения влияния неравномерности обогрева на циркуляцию экраны секционированы: трубы с коллекторами выполнены в виде отдельных панелей, каждая из которых представляет собой отдельный циркуляционный контур.

Топка оборудована горелками 1, установленными в три яруса на одной стенке. В ее верхней части расположен ширмовый перегреватель 4. В горизонтальном газоходе помещены два пакета конвективного перегревателя 5 среднего давления.

Потолок топки, горизонтального газохода и поворотной камеры экранированы трубами перегревателя 7.

В конвективной шахте размещены (последовательно по ходу газов) выходной 8 и входной 10 пакеты перегревателя, первая (по ходу пара) ступень 11 перегревателя и экономайзер 12. Два воздухоподогревателя.

Рис. 2. Схема барабанного парового котлоагрегата с естественной циркуляцией.

Характеристика паровых котлов «Ганомаг» и ТП - 200

На ЦЭС установлены два типа котлов: котлы системы Стерлинг фирмы «Ганомаг» и котлы ТП-170.

Краткая характеристика котла типа ТП-170 и вспомогательного оборудования.

Паровые котлы «Ганомаг» ст. № 1-5:

*изготовлены немецкой фирмой «Ганомаг» в 1929г. Установлены на ЦЭС ОАО «ММК» соответственно в 1931г., 01934г., 1932г., 1933г., 1934г.

Тип- трехбарабанный, вертикально-водотрубный.

Расчётные параметры котлоагрегата:

*паропроизводительность - 170 т/ч;

*давление - 3,2 МПа (32кг/см2);

*температура перегретого пара - 425°С

Пароперегреватель - 2-х ступенчатый вертикально-змеевиковый смешанного типа с поверхностным пароохладителем на насыщенной стороне и впрыскивающим пароохладителем на выходе из котла.

Водяной экономайзер - гладкотрубный, горизонтально-змеевиковый, двухступенчатый, кипящего типа.

Воздухоподогреватель трубчатый, двухступенчатый.

Топка - камерная, полностью экранированная с холодной воронкой, активный объём - 588м3.

На каждом котле установлено два вида горелок, предназначенных для сжигания природного и доменного газов.

Дутьевая установка состоит из двух вентиляторов типа Адельт-Верке с паспортной характеристикой:

*производительность - 105000м3/ч

*полный напор - 300 кг/м2

Регулирование на всосе с помощью осевых направляющих аппаратов.

Паровые котлы ТП-200 ст. № 6-8:

*изготовлены Таганрогским заводом «Красный котельщик».

Установлены на ЦЭС ОАО «ММК» соответственно в 1951г., 1952г., 1956г.

Тип - однобарабанный, вертикально-водотрубный.

Расчётные параметры котлоагрегата:

*паропроизводительность - 200 т/ч

*давление - 3,4 Мпа (34 кг/см2)

*температура перегретого пара - 420°С

Пароперегреватель - 2-х ступенчатый вертикально-змеевиковый смешанного типа с поверхностным пароохладителем на насыщенной стороне и впрыскивающим пароохладителем на выходе из котла.

Водяной экономайзер - гладкотрубный, горизонтально-змеевиковый, двухступенчатый, кипящего типа.

Воздухоподогреватель трубчатый, двухступенчатый.

Топка - камерная, полностью экранированная с холодной воронкой.

Ширина по фронту 9200 мм, глубина - 7100 мм, активный объём - 1000м3.

На боковых стенах топочной камеры установлены 4 многотопливных горелки типа МПВСр, предназначенных для сжигания природного и доменного газов.

Дутьевая установка состоит из двух вентиляторов типа ВД-105/300 Подольского завода с паспортной характеристикой:

*производительность - 105000м3/ч

*полный напор - 300 кг/м2

Регулирование на всосе с помощью осевых направляющих аппаратов.

Дымососная установка - состоит из двух дымососов типа Д300/400 Подольского завода с паспортной характеристикой:

*производительность - 300000 м3/ч

*полный напор - 270 кг/м2

Всасывающие карманы прямые в количестве 4-х размером 1100х2500мм, в которых для регулирования установлены направляющие аппараты шиберного типа.

Дымовая труба диаметром 3500мм, высотой от нулевой отметки котельной 57м.