Журнал «Головний механік» №1/2011

А.П. Неділько, технічний директор ЗАТ СП «БРОТЕП-ЕКО» Україна, м Бровари, вул. Кірова, 88 E-mail: info@brotep.com.ua, тел. / Факс: +380 (4594) 543-89; 628-79 Анотація. Розглянуто техніко-економічні аспекти реконструкції та модерніза- ції споруд оборотного водопостачання, вплив технічного стану градирень на навколишнє середовище, споживання природних ресурсів і електроенергії, основні причини ушкодження технологічних елементів градирень. Наведено результати реконструкції градирень конкретних підприємств, дані рекомендації з вибору сучасних зразків про- ладнання і засобів автоматизації, що забезпечують економічність, надійність і довго- вічність споруд і машинного парку. Ключові слова: оборотне водопостачання, градирні, реконструкція, ТОіР, охорона навко- лишнього середовища. Abstract. Technical-and-economic aspects of reconstruction and modernization of constructions of recycling water supply, influence of the technical state of cooling towers on environment, consumption of natural resources and electrical energy, basic reasons of failure of technological elements of cooling towers are considered. Results of reconstruction of cooling towers at certain enterprises are stated, recommendations on selection of modern samples of equipment and automation means providing costeffectiveness, reliability and durability of constructions and machines 'park are given. Key words: recycling water supply, cooling tower, reconstruction, MRO, environmental protection. На сьогоднішній день відведення низько потенційного тепла від технологічного обладнання за допомогою градирень - найбільш дешевий спосіб, який дозволяє заощадити не менше 95% свіжої води. Але в умовах економічної кризи на багатьох підприємствах СНД градирень, як спорудам оборотного водопостачання, яка приділяється потрібної уваги. Помилково вважається, що градирня - це другорядне спорудження, при цьому протягом багатьох років може перебувати в аварійному стані або експлуатуватися без основних технологічних елементів - водоуловлювача, зрошувача, форсунок і вентиляторів. Звичайно, про ефективну роботу і екологічної безпеки в такому стані не може бути й мови. Тільки ефективна робота градирень і їх правильна експлуатація дозволяє значно зменшити використання природних ресурсів виробництвами, енергоспоживання і відчутно обмежити негативний вплив на навколишнє середовище. Це підтверджується не тільки теоретичними розрахунками, а й роботою підприємств Західної Європи, де аналогічні технології та обладнання використовуються більше 20 років. Так, в Чеській республіці за останні 5 років реконструйовані градирні практично всіх ТЕЦ. Вплив атмосферних охолоджувачів (градирень) на навколишнє середовище в даний час є предметом пильної уваги широкого кола фахівців. Пояснюється це тим, що теплові викиди ТЕС і АЕС стають рівноцінними за кількістю енергії деяким атмосферним процесам. Наприклад, в місцях зосередження великих ТЕС і АЕС спостерігається підвищення температури навколишнього середовища, змінюється вітровий режим, підвищується вологість повітря і т.д. Особливою проблемою є винесення в атмосферу з вологою хімічних і біологічних домішок, в тому числі болезнеобразующіх бактерій, на відстань до кількох сотень метрів. Безпосередня близькість розташування деяких підприємств до житлових будинків призводить до підвищення вологості повітря, а взимку до обмерзання вікон. З великої кількості питань, пов'язаних з цією проблемою, особливу увагу слід приділити крапельному виносу з вентиляційних і баштових градирень, що найбільше впливає на навколишнє середовище. Крапельна волога, яка виноситься з градирні в результаті її пошкодження, впливає на навколишнє середовище, в результаті чого спостерігається туман, випадання сконденсованих крапель в напрямку вітру, зволоження території, рідше - освіту хмар. У холодну пору року ускладнюється рух на транспортних магістралях, можуть вийти з ладу прилеглі лінії електропередачі та підстанції, а що головне, з оборотних систем ТЕС і АЕС безповоротно губляться значні обсяги води, що негативно позначається на відтворюють можливості водних ресурсів. Крім цього, навіть при незначному бічному вітрі буде спостерігатися значний винос вологи через вхідні вікна. При цьому витрати води на підживлення складуть 5 ± 0,5% при максимально допустимій нормі - 2%, що призведе до збільшення витрат води на підживлення і погіршення екологічного стану навколо градирні. Втрати води при витраті води в оборотному циклі 12 000 м3 / год і перевитрату води на підживлення рівному 2% становитимуть 1 920 000 м3 / год (при кількості робочих години 8 000 на рік), що при мінімальній ціні на технічну воду 0,04 дол . США / м3 складе 76 800 долл. США на рік. Таким чином, для успішної експлуатації оборотних циклів в населених районах і промислових центрах для збереження навколишнього природного середовища, особливу увагу слід приділити ефектівной роботі вентиляційних і баштових градирень. За останні кілька років технологія проектування і виготовлення комплектуючих для вентиляційних та баштових градирень вдосконалилися настільки, що навіть розробки порівняно недавніх часів, які збереглися в непоганому стані, значно їм програють. Тому навіть у випадках, коли градирня «успішно» працює і задовольняє всі потреби в охолодженні, існує сенс провести реконструкцію і оновити комплектуючі. Не кажучи вже про тих частих випадках, коли стан градирні не дозволяє нормально експлуатувати втовкмачувати цикл. Вибір конкретної схеми реконструкції повинен розроблятися безпосередньо в кожному конкретному випадку на підставі техніко-економічних розрахунків. Один з найбільш поширених варіантів реконструкції передбачає неповний демонтаж старих конструкцій і комплектуючих, і використання басейну та іншої інфраструктури для установки нових блокових градирень. Аналіз можливих шляхів енерго- і ресурсозбереження без значних при цьому капітальних витрат на ТЕС і компресорних станціях показав, що резервом оперативного і маловитратних вирішення цієї проблеми є реконструкція діючих градирень. Від ефективності роботи градирень залежить ступінь реалізації переваг систем оборотного водопостачання в технічному та екологічному аспектах у порівнянні з прямоструминними системами, а також продуктивність технологічного устаткування, якість і собівартість продукції, що випускається, питома витрата сировини, палива і електроенергії. Крім того, ефективна робота градирень, їх правильна експлуатація дозволяє значно зменшити використання виробництвом природних ресурсів, енергоспоживання і істотно обмежити негативний вплив на навколишнє середовище. Відповідно розробленою методикою розрахунку для турбоблоку потужністю 1 000 МВт зниження температури циркуляційної води на 1 ° С істотно впливає на економію умовного палива d / dt2B, (тис. × т) / рік × ° С (див. Рис. 1). При зниженні температури циркуляційної води лише на 2 ° С, час окупності робіт по реконструкції становить: - для градирні турбоблоку потужністю 1000 МВт - від 4,5 до 7 місяців; - для градирні турбоблоку потужністю 310 МВт - від 5 до 7 місяців. Основу реконструкції градирень становить установка зрошувача з гофрованих ПВХ листів, який забезпечує найбільшу поверхню зіткнення для тепломассообмена води з повітрям, водоуловлювача з високою уловлює здатністю (до 0,01%) і форсунок. Матеріал зрошувача і водоуловлювача важкогорючих. Так, в процесі попередньо проведеного обстеження і аналізу існуючого стану 2000 року баштової градирні №2 Сімферопольської ТЕЦ площею зрошення F = 1 600 м2 продуктивністю по воді 10 000 ÷ 12 000 м3 / год була виявлена ​​необхідність заміни дерев'яного зрошувача, який в процесі експлуатації вийшов з ладу і зруйнувався, а також повного відновлення водорозподільної системи через присутність наскрізної корозії. Сама градирня на той момент працювала в бризкальних режимі, що дозволяло забезпечувати температурний перепад Δt, ° С (різниця між температурою нагрітої води t1 і температурою охолодженої води t2) всього лише 8 ° С (див. Рис. 2). Завдяки проведеній реконструкції шляхом установки 1 ярусу зрошувача з гофрованих ПВХ листів і зрошувальних форсунок типу РТ-240 (див. Рис. 3), температурний перепад Δt, ° С на градирні збільшився з 8 ° С до 11 ÷ 14 ° С в залежності від температури атмосферного повітря, що дозволило значно підвищити показники продуктивності і економії використання сировини всім виробництвом. Але з огляду на той факт, що в абсолютній більшості градирні побудовані 20 ÷ 40 років тому і до теперішнього часу істотно зношені, то в багатьох випадках економічно недоцільно здійснювати відновлення будівельних конструкцій. В такому випадку раціонально демонтувати зруйновану градірню і на її місці встановити блокові вентиляторні градирні серії БВГ у відповідній кількості виходячи з продуктивності всього оборотного циклу. Градирні даної марки не мають аналогів в країнах СНД, використовуються як для будівництва нових водооборотних циклів, так і заміни типових градирень під час реконструкції існуючих, комплектуються економічними вентиляторами, спеціальними форсунками, високоефективним зрошувачем, водоуловлювачем, що сприяє підвищенню ефективності роботи і зниження споживання електроенергії при зменшенні габаритів. Дані градирні забезпечують ефективне охолодження оборотної води при досить високій щільності зрошення (до gж = 14,5 м3 / м2 × год). Так, на SA «CENTRALA ELECTRІCA DE TERMOFІCARE №1» ТЕЦ-1 м КИШИНІВ, Республіка Молдова при реконструкції оборотного циклу водопостачання була здійснена заміна баштової градирні площею зрошення F = 800 м2 на блокові вентиляторні градирні марки БВГ-600 «МАКСІ» (див . рис. 4). В процесі розробки технічних рішень по реконструкція оборотного циклу водопостачання на даному підприємстві була запропонована оптимальна схема розташування градирень БВГ-600 «МАКСІ» на залізобетонному басейні з прив'язкою до існуючих опор, балок і колон. Для ефективної роботи вищевказаних градирень досить було задіяти 50% існуючого басейну баштової градирні. Але в даному випадку при експлуатації градирень використовується повністю весь обсяг басейну. Це дозволяє забезпечити більш низькі температури охолодженої води за рахунок розвиненої поверхні басейну для тепломассообмена води з повітрям і додаткового охолодження води перед градирнями шляхом перемішування з охолодженою водою. Максимальне використання наявних комунікацій, мереж і насосного обладнання, а також проведення робіт по відновленню басейну, опорних конструкцій, а не будівництво і придбання нового обладнання вплинуло на зменшення вартості впроваджуваного проекту реконструкції оборотного циклу водопостачання з паралельним досягненням максимально низьких температур охолодженої води. Питання про зниження собівартості продукції, в тому числі за рахунок зменшення витрат електроенергії, стоїть дуже гостро перед кожним керівником підприємства. Майже кожне підприємство гірничо-металургійного комплексу має власну електростанцію для вироблення електроенергії на власне виробництво. Так, наприклад, на Ясинівському коксохімічному заводі Среднечасовой споживання електроенергії становить 11,5 ÷ 12,5 МВт, що забезпечується генератором потужністю 12,5 МВт. До складу електростанції, як правило, входять турбіни різних типів, генератор, циркуляційна система водопостачання і вентиляторні градирні. Розглянемо економію електроенергії на прикладі одного з металургійних підприємств Донецького регіону. При здійсненні реконструкції оборотного циклу водопостачання виконано часткову модернізацію багатосекційних вентиляторних градирень типу ВГ-70. Підприємством ЗАТ СП «БРОТЕП-ЕКО» здійснена поставка окремих технологічних комплектуючих (водоуловлювача, зрошувача, зрошувальних форсунок, вентиляційних установок в комплекті з робочим колесом, дифузором і електродвигуном), а також багатофункціональних систем управління і контролю роботи вентиляційних установок і градирень взагалі (далі по тексту СУіК). На сьогоднішній день відповідно до умов підписаного Договору виконана часткова поставка вентиляційних установок і багатофункціональних СУіК в кількості 11 / одинадцяти / штук. Вентиляційні установки були укомплектовані 2-х швидкісними тихохідними асинхронними електродвигунами нового покоління серії РМН. СУіК дозволяє автоматично перемикати число оборотів в співвідношенні 1: 2, тобто переходити з першої швидкості на другу і навпаки в залежності від атмосферних параметрів, зокрема температури повітря по «вологому» термометру, і тим самим регулювати електроспоживання не тільки на протязі конкретної пори року, але і протягом окремих діб. Температура повітря по «вологому» термометру є фактичною кордоном охолодження оборотної води на градирнях і може досягати своїх критичних значень для роботи градирень кілька разів протягом однієї доби. У той же час вартість електродвигуна становить близько 70% від загальної вартості всієї вентиляційної установки. Для забезпечення тривалої, ефективної експлуатації та попередження передчасного виходу з ладу такого дорогого обладнання як електродвигун вентиляторної установки, ЗАТ СП «БРОТЕП-ЕКО» здійснює автоматизацію роботи градирні з можливістю ручного управління і комплектує градирні системою управління і контролю (див. Рис. 5). СУіК виконує моніторинг і діагностування основних параметрів роботи електродвигуна - температури підшипників, обмоток статора, вхідний води на градірню, величину вібрації, і здійснює автоматичне виключення / включення відповідно при перевищенні і стабілізації даних параметрів. Своєчасне викключеніе електродвигуна вентиляторної установки, зокрема при температурі вхідної води менше 15 ° С, дозволяє уникнути обмерзання, руйнування і відповідно обвал під впливом збільшення власної ваги майже вдвічі окремих технологічних елементів, таких як лопаті робочого колеса, зрошувач і безпосередньо сам двигун. Для здійснення плавного пуску / зупинки, перемикання швидкостей електродвигуна і відповідно запобігання виникненню значних навантажень пускових струмів, СУіК комплектується пристроєм затримки часу. При цьому кількість пусків / зупинок електродвигуна протягом однієї години також строго обмежується (не більш трьох разів), що найбільш актуально в період пусконалагоджувальних робіт вентиляційної установки. СУіК дозволяє здійснювати диспетчеризацію, тобто передачу даних на центральний комп'ютер. З огляду на власні напрацювання в сфері автоматизації роботи вентиляційних установок і взагалі всієї градирні за бажанням Замовника ЗАТ СП «БРОТЕП-ЕКО» може здійснити поставку двигунів з частотно регульованими електроприводами. При використанні частотно регульованих електроприводів виключаються втрати на пускові струму, знижується середнє електроспоживання двигуна. Згідно з дослідженнями НДІ електроенергетики США, перехід від методу аварійного обслуговування (від аварії до аварії) до методу діагностування фактичного технічного стану машинного обладнання дозволить забезпечити економію витрат на обслуговування близько 47%. Аналогічно, перехід від методу планово-попереджувального обслуговування до обслуговування по фактичному стану дозволить забезпечити економію витрат на обслуговування близько 32%. Виходячи з вище наведеного, створення і впровадження системи моніторингу та діагностування електродвигунів швидко окупається. Наявні напрацювання, досвід реконструкції градирень ТЕС і промислових підприємств, а також наявність великої гами сучасних матеріалів, комплектуючих і устаткування, які використовуються для відновлювальної реконструкції або модернізації градирень, дозволяють реалізовувати проекти різної складності і модифікацій. При цьому вирішуються питання економії води і зниження викидів за рахунок зменшення виносу води, зниження експлуатаційних витрат на рахунок застосування довговічних комплектуючих.