Возвратное тепло

В ноябре 2023 года на Астраханской ТЭЦ-2 ООО «ЛУКОЙЛ-Астраханьэнерго» был запущен в эксплуатацию конденсационный теплоутилизатор (КТУ) мощностью 32,8 МВт - крупная установка, которая повышает эффективность работы ТЭЦ, возвращая в производственный цикл часть тепловой энергии и воды, ранее уходивших в атмосферу вместе с дымовыми газами. Несмотря на то, что на момент подготовки статьи выигрыш в эффективности ещё не был точно измерен, спешим рассказать читателям о новинке.

После окончания проектов по снижению потерь в тепловых сетях Астрахани и оптимизации теплоисточников (закрытию неэффективных котельных и перераспределению их тепловых нагрузок на другие котельные и Астраханскую ТЭЦ-2) в Дирекции по энергетике ПАО «ЛУКОЙЛ» и ООО «ЛУКОЙЛ-Астраханьэнерго» стали искать новые способы производственной оптимизации.

Рассматривалось множество вариантов, включая утилизацию тепла, рассеиваемого в атмосфере. И здесь решение подсказала существующая на Астраханской ТЭЦ-2 схема отвода дымовых газов.

От каждого из четырёх паровых котлов, установленных в главном корпусе ТЭЦ-2, выведены отдельные надземные газоходы. Через них дымовые газы от котла № 1 (марки ТПЕ-430) и водогрейных котлов КВГМ-100 (расположены в отдельном здании пиковой котельной) поступают в первый газоход-коллектор, ведущий к 220-метровой дымовой трубе. Второй газоход-коллектор собирает и направляет в ту же дымовую трубу газы от котла № 2 (тоже марки ТПЕ-430) и котлов № 3 и 4 (ТГМЕ-464). Газоходы удобно смонтированы на эстакадах на отметке +5,5 м от поверхности земли.

Нагрузка основного оборудования ТЭЦ зависит от времени года и температуры воздуха, а в отопительный сезон на станции обычно задействованы все четыре котлоагрегата, так что второй газоход-коллектор эксплуатируется практически постоянно. Присоединённый к нему конденсационный теплоутилизатор может обслуживать три энергоблока. Расчёты на этапе предпроектной проработки показали, что подсоединять КТУ ещё и к первому газоходу было бы экономически нецелесообразно.

Слагаемые эффекта

Астраханская ТЭЦ-2 имеет электрическую мощность 380 МВт, а тепловую - 910 Гкал/ч; таким образом, КТУ номинальной тепловой мощностью 32,8 МВт (28,2 Гкал/ч) обещает принести заметный выигрыш. Предварительные расчёты экономического эффекта были проведены в управлении перспективного развития Дирекции по энергетике ПАО «ЛУКОЙЛ» на стадии оформления проекта для его включения в инвестпрограмму. Далее расчёты уточнялись во время предпроектной проработки и в процессе проектирования КТУ.

Теплоутилизатор забирает из газохода часть горячих газов, охлаждает их, собирает выделившийся конденсат водяных паров и возвращает поток в газоход перед выходом в дымовую трубу. Здесь охлаждённые дымовые газы смешиваются с горячими, приобретая температуру, необходимую для создания тяги в дымовой трубе и исключения конденсации пара на её стенках (автоматика поддерживает температуру на 12° выше точки росы).

На ТЭЦ утилизируемое тепло расходуется на подогрев (примерно от 5-15 °C до 30-35 °C) водопроводной воды, поступающей в цех химводоподготовки, а также на нагрев до 60 °C уже химически очищенной воды, подаваемой на вакуумные деаэраторы. Раньше на Астраханской ТЭЦ-2 эта вода подогревалась паром производственных отборов турбин с давлением 13 кгс/см², а теперь этот пар экономится. В рамках проекта на ТЭЦ были также установлены два новых центробежно-капельных деаэратора ЦКД-В800 производительностью 800 м³/ч каждый.

Собираемый конденсат водяного пара в перспективе
будет задействован в производстве

Стоит отметить, что новая установка не только исключает энергозатратный паровой подогрев водопроводной и химически очищенной воды, но и сама производит воду. Дымовые газы в КТУ охлаждаются до температуры ниже точки росы, и образуется конденсат водяных паров в объёме до 50 м³/ч, который затем очищается от растворённых газов в декарбонизаторах. Это решение позволит использовать конденсат в технологическом процессе ТЭЦ.

Засучив рукава

Проект по строительству КТУ на Астраханской ТЭЦ-2 в интересах ООО «ЛУКОЙЛ-Астраханьэнерго» курировало ООО «ЛУКОЙЛ-Энергоинжиниринг», контролируя строительно-монтажные и пусконаладочные работы подрядчика. Подготовка предпроектной документации на КТУ началась в феврале 2020 года, а в ноябре 2023-го установка уже была введена в эксплуатацию.

Расскажем коротко об устройстве КТУ. К газоходу подсоединены два дымососа, которые резервируют друг друга, а в том случае, если нужно увеличить мощность установки, могут быть задействованы одновременно. Внутри газохода смонтирована шиберная заслонка для регулировки потока газов, проходящих напрямую в дымовую трубу. В КТУ горячие газы проходят сверху вниз через два трубчатых теплообменных аппарата (мощностью 19,7 и 13,1 МВт), трубки в которых расположены в шахматном порядке. Образующийся на них конденсат стекает в два сборных бака, откуда насосом перекачивается в два накопительных резервуара через декарбонизаторы. Поскольку в уходящих газах содержатся химически агрессивные вещества, в конструкциях КТУ повсеместно использована нержавеющая сталь.

В ходе проекта на Астраханской ТЭЦ-2 были модернизированы существующие и проложены новые инженерные сети, выполнено обследование, ремонт и усиление опорных конструкций газоходов. Помимо собственно теплоутилизатора и трубопроводов, необходимых для его работы, построены две насосные станции, комплектная трансформаторная подстанция и другие объекты, а также смонтировано контрольно-измерительное оборудование и системы автоматизации. На блочном щите управления ТЭЦ размещено автоматизированное рабочее место оператора КТУ.

Оператор на блочном щите управления ТЭЦ контролирует
режимы работы КТУ

В проекте КТУ впервые в практике Астраханского регионального управления ООО «ЛУКОЙЛ-Энергоинжиниринг» были применены такие новшества, как лазерное 3D-сканирование реконструируемого объекта для разработки проектной документации. При обустройстве газохода проёмы в стенах полуметровой толщины прорезались машиной с алмазным канатом.

Первые результаты

После ввода установки в эксплуатацию специалисты «ЛУКОЙЛ-Астраханьэнерго» оснащают её измерительными приборами, которые помогут по реальным данным составить детальную картину о работе оборудования. Прямых показателей эффекта от КТУ пока нет, но уже есть косвенные в виде снижения производственного отбора пара с турбин.

Предварительные данные по работе ТЭЦ в целом с момента запуска КТУ подтверждают надежды разработчиков. Например, за декабрь 2023 года экономия природного газа превысила полтора миллиона кубометров, что близко к расчётной величине. В процессе дальнейшей эксплуатации установки будет проведён анализ эффекта от возврата конденсата в производственный цикл.

«Мы ищем подходы к повышению эффективности работы наших электростанций, - отметил начальник департамента развития энергетических активов и сопровождения проектов ПАО "ЛУКОЙЛ" Денис Догадин. - Проект по строительству КТУ - это новация, уникальный опыт. В дальнейшем на этапе эксплуатации установки будет собран и проанализирован большой массив информации. Мы детально изучим плюсы и минусы новой установки, отклонения от плановых технико-экономических показателей, дополнительные возможности по повышению эффективности. По итогам проведённого анализа с учётом полученного опыта и извлечённых уроков будем тиражировать проект на других объектах энергетики Группы "ЛУКОЙЛ"».

* * *

Насколько нам известно, мощный конденсационный теплоутилизатор, встроенный в технологическую схему ТЭЦ, в России внедрён впервые. Энергетики «ЛУКОЙЛа» не только нацелены на тиражирование уникального решения на собственных объектах, но и готовы делиться наработками с коллегами из других энергетических компаний.