К вопросу о выборе электрокотлов. Авторское мнение из журнала "Энергетическая стратегия"
21 Октября 2016
В июньском выпуске журнала «Энергетическая стратегия» была размещена статья, посвященная технологии электродных котлов, которая на сегодняшний день является очень «живой» темой для белорусской энергетики. Автор статьи, Ю.М. Шнайдерман, рассказывает о паровых и водогрейных электрокотлах, а также о предпосылках и особенностях их появления на белорусском рынке. Ниже приводим текст статьи.
К ВОПРОСУ О ВЫБОРЕ ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ ЭЛЕКТРОКОТЛОВ
Комплексным планом развития электроэнергетической сферы до 2025 года с учетом ввода Белорусской атомной электростанции предусмотрен ряд мероприятий, направленных на обеспечение интеграции БелАЭС в Белорусскую энергосистему и выравнивание суточного графика потребления электрической энергии. Существенную роль в решении этих задач должно сыграть внедрение современных электрокотлов и технологий, с ними связанных, на ТЭЦ и в котельных ГПО «Белэнерго» и других организаций.
Энергетика Республики Беларусь непрерывно обновляется. Очередной шаг в этом направлении — ввод в эксплуатацию первого и второго блоков АЭС в 2018 и 2020 годах соответственно. Одним из основных направлений эффективного использования электроэнергии в республике в период после ввода АЭС должно стать внедрение электрокотлов, что будет способствовать надежному и безопасному функционированию Белорусской энергосистемы.
Кратко остановимся на принципе действия электропарового и электроводогрейного котлов.
Паровые электрокотлы
Внедрение паровых электрокотлов может оказать существенное позитивное влияние на развитие производств с применением пара во многих отраслях промышленности, поскольку будет способствовать не только повышению эффективности использования электроэнергии на предприятиях, но и снижению общих издержек на энергию. Широкое распространение паровые электрокотлы получили в целлюлозно-бумажной и химической промышленности, в системах отопления, больницах и т.д. Ряд котлов установлен на атомных электростанциях, то есть там, где качество и безотказность техники представляют исключительную важность. Часто паровые электрокотлы используются в качестве резервного источника. Основными узлами установки с электропаровым котлом являются котел и циркуляционный насос, арматура котла, щиты с контрольно-измерительными приборами, включая приборы текущего контроля и систему управления, необходимую для автоматической работы котла. В состав оборудования входят также питательный насос, питательный бак с деаэратором и дозировочное оборудование.
По мере прохождения тока через воду электроэнергия прямо преобразуется в тепло. Управление величиной тока осуществляется регулированием уровня воды и тем самым активной площади электродов. Диапазон управления составляет 0,5/5-100 % номинальной мощности. Система принудительной циркуляции обеспечивает очень быстрый пуск и останов, а также исключительные характеристики регулирования. Как температура, так и проводимость воды котла являются важными факторами, влияющими на продолжительность пуска. Если требуется быстрый пуск, котел необходимо поддерживать в резервном режиме при температуре воды в нем не ниже 140 °С, при этом он должен быть заполнен водой с нужной электропроводностью. Это позволит осуществить пуск агрегата в течение 8-15 мин., в зависимости от его размера. Если же температура воды в электрокотле составляет 20 °С, то пуск займет приблизительно в 4 раза больше времени.
Водогрейные электрокотлы
Водогрейные котлы обеспечивают большую технологическую гибкость. Они приспособлены для использования в комбинации с альтернативными источниками энергии, такими как котлы на биомассе, тепловые насосы и т.д. Обычной практикой стала комбинированная работа водогрейных котлов с котлами, использующими нефть, при этом выбираемый способ нагрева зависит от цены и доступности различных источников энергии.
Электроводогрейные котлы могут использоваться непосредственно для работы на тепловую сеть или в комбинации с аккумулятором. Используемый вариант зависит от потребности в тепле в течение суток и местной ситуации с энергоснабжением (например, наличие дешевой электроэнергии в определенные периоды, что характерно для систем с атомными электростанциями).
Котлы могут быть подсоединены к электросети с изолированной нейтралью, поскольку сам котел имеет нейтраль с высокой изоляционной прочностью. Барабан котла (сосуд высокого давления) смонтирован на изоляторах, так же как и исполнительный механизм. Выходной и входной трубопроводы гальванически изолированы от барабана котла с помощью изоляционных труб, длина которых обеспечивает общее сопротивление на землю, составляющее 1,5 или 2,5 кОм при 10 кВ. В конструкции котлов мощностью выше 24 МВт обычно предусмотрено непосредственное заземление нейтрали.
Ток от фазовых электродов проходит непосредственно через воду, которая при этом нагревается. Активная площадь электродов может плавно изменяться с помощью управляющих экранов, что позволяет тем самым регулировать мощность в пределах от минимальной нагрузки, составляющей от 10-20 % до 100 % (в зависимости от размеров котла и напряжения). Электропроводность воды зависит от температуры и содержания солей. Поэтому температура воды, поступающей обратно в котел, должна поддерживаться на определенном минимальном уровне за счет перемешивания воды на выходе из котла, которое обеспечивает регулирующий клапан-термостат в линии возврата.
Технические характеристики электрокотлов отдельных производителей
На белорусском рынке в настоящее время присутствует ряд производителей паровых и водогрейных электрокотлов.
Так, в частности швейцарская компания VAPEC, специализирующаяся на производстве и обслуживании промышленных котельных, выпускает несколько разновидностей высоковольтных электродных котлов, которые могут использоваться для производства пара или горячей воды для централизованного теплоснабжения, а также в ряде отраслей, в том числе в ядерной энергетике. Мощность котлов колеблется от 2 до 50 МВт; напряжение — от 6 до 25 кВ; КПД превышает 99 %; диапазон регулировки находится в пределах 10-100 %, давление — < 25 бар (более высокое давление по запросу), электропроводность — 100-500 мкС/см. Высоковольтные паровые и водогрейные котлы компании Zeta предназначены для работы в системах центрального отопления, подготовки горячего водоснабжения (при использовании внешнего бойлера) или в качестве резервной системы теплоснабжения. Мощность котлов колеблется от 0,6 до 70 МВт (см. табл. 1-2),напряжение-от 6 до 15 кВ, КПД находится на уровне 99 %, давление — на уровне 10 бар, диапазон регулирования — в пределах 10-100 %. В настоящее время на Гомельской ТЭЦ-2 в рамках реализации пилотного проекта по внедрению электрических водогрейных котлов, завершаются работы по сооружению на станции электрокотельной установки в составе двух электрокотлов Zeta ZVP 2840 мощностью 40 МВт каждый, изготовленных шведской компанией ZANDER & INGESTROM АВ.
Электродные высоковольтные паровые котлы норвежской компании Parat обладают паропроизводительностью до 90 т/ч и рассчитаны как под стандартное давление насыщенного пара 7 бар, так и опционально для производства пара давлением до 35 бар.
Принцип работы котла следующий: пар генерируется путем циркуляции котловой воды через верхнюю греющую камеру, где электроды находятся в статическом состоянии. Пар производится в верхней камере и выпускается в паропровод через фланец в верхней части котла. Котел регулируется на постоянном давлении до своей максимальной установленной мощности. Подача пара регулируется дроссельной заслонкой, которая управляет уровнем в верхней камере котла. Важным параметром, связанным с оптимальным функционированием котла, является электропроводность воды, которая постоянно контролируется автоматикой котла. В случае выхода за предельные показатели включается система автоматической продувки или ввод химических реагентов (каустической соды).
При нахождении котла в рабочем режиме, регулировка производительности по пару в диапазоне 2-100 % активируется в течение 1 мин. Время выхода на номинальную мощность из холодного состояния занимает всего 10-15 мин.
Компания Parat производит и высоковольтные водогрейные котлы, технические характеристики которых приведены в таблице 3.
Заключение
Приведенная информация показывает, что электрокотлы производятся в странах, имеющих АЭС и, соответственно, дешевую электроэнергию проблемы с регулированием графика нагрузки. В настоящей статье представлены только укрупненные данные о паровых и водогрейных электрокотлах некоторых производителей.
Рассматриваемые котлы могут быть приспособлены для использования в различных технологических схемах — как на электростанциях, так и у потребителей тепла, поэтому, на взгляд автора, ключевой задачей для представителей энергетики и промышленности в настоящее время является ознакомление с рынком электрокотлов и опытом их использования.
С учетом значительных объемов планируемого внедрения электрокотлов при их выборе особое внимание должно быть уделено их соответствию V технологическому укладу [3]. Возможно, следует рассмотреть вопрос об организации производства подобных котлов в Республике Беларусь.
Кроме того, необходимо заблаговременно организовывать обучение специалистов по монтажу, наладке и эксплуатации электрокотлов, а также сформировать соответствующую нормативную базу.
ОДО «Акваэкология» является официальным представителем компании-производителя паровых и водогрейных котлов PARAT в Республике Беларусь.
Автор публикации
