Энергетическая эффективность является одним из ключевых аспектов современной теплоэнергетики, особенно в условиях растущего спроса на экономию топливных ресурсов. В условиях повышения цен на энергоресурсы значительное внимание уделяется модернизации устаревшего оборудования котельных, что позволяет существенно повысить эффективность теплообмена и улучшить общую производительность систем энергоснабжения. Одним из таких решений является замена трубчатых теплообменников на более современные пластинчатые установки, которые обладают рядом преимуществ. Пластинчатые теплообменники обеспечивают более высокую степень теплопередачи, благодаря чему снижаются тепловые потери и уменьшается расход топлива. Это особенно важно для повышения энергоэффективности котельных и минимизации эксплуатационных затрат. Основное назначение теплообменников заключается в эффективном использовании тепла, что позволяет повысить КПД тепловых установок. В котельных традиционно использовались трубчатые теплообменники, но современные пластинчатые теплообменники обладают рядом преимуществ. Они обеспечивают более компактное размещение, имеют бóльшую площадь теплообмена на единицу объёма и позволяют снизить гидравлические потери, что делает их более энергоэффективными. По оценкам экспертов, модернизация котельных с использованием пластинчатых теплообменников может снизить эксплуатационные расходы на 15–20%, а экономия на топливе может составить до 10–15% от общих затрат на энергоресурсы. Эти цифры показывают, что вложения в модернизацию становятся экономически выгодными уже через несколько лет эксплуатации.
В качестве объекта исследования в настоящей работе рассматривается энергоблок ПТ-25/30–8,8–1/0,1 [1, 2], который состоит из барабанного котла ПК-19, предназначенного для работы на твёрдом топливе (угле), турбины, работающей в конденсационном режиме при параметрах 9,81 МПа, 510°C без промежуточного перегрева пара. Турбина состоит из трёх цилиндров: высокого (ЦВД), среднего (ЦСД) и низкого давления (ЦНД). Турбина имеет семь отборов пара: два из ЦВД, два из ЦСД и три из ЦНД, предназначенных для подогрева питательной воды и конденсата в двух ПВД, трёх подогревателей низкого давления (ПНД) и деаэратора. Группа подогревателей высокого давления (ПВД) включает в себя два последовательно включённых подогревателя поверхностного типа со встроенными охладителями пара и дренажа. Слив дренажа ПВД — каскадный: из ПВД-2 в ПВД-1, из ПВД-1 — в деаэратор.
Конденсат турбины подогревается в одном смешивающем (ПНД-1) и двух поверхностных (ПНД-2 и ПНД-3). Слив дренажа ПНД — каскадный: из ПНД-3 в ПНД-2, из ПНД-2 в смешивающий ПНД-1. В схеме установлены два конденсатных насоса: КН-1 и КН-2 после конденсатора. Смешивающий подогреватели (ПНД-1) включён по гравитационной схеме. Деаэратор работает при постоянном давлении 0,6 МПа, включён в собственный третий отбор. С целью восполнения потерь рабочего тела в конденсатор основной турбины подводится добавочная вода. Способ подготовки добавочной воды — химическое обессоливание.
В условиях текущей энергетической политики, когда особое внимание уделяется снижению углеродного следа и повышению экономической эффективности энергетических систем, модернизация котельных агрегатов с использованием современных пластинчатых теплообменников является возможным шагом для достижения этих целей. Переход на более эффективные теплообменные устройства не только способствует улучшению показателей работы оборудования, но и снижает затраты на топливо и техническое обслуживание, что является важным аспектом в долгосрочной перспективе развития теплоэнергетики.
При расчёте рассматривался вариант модернизации котельной установки, включая замену теплообменников, с переводом газомазутного котла на местное твёрдое топливо (уголь) и использованием пластинчатого теплоутилизатора вместо первой ступени воздухоподогревателя. Эти меры позволяют значительно улучшить параметры теплового оборудования, что особенно актуально для энергоблоков малой мощности. Сравнение результатов расчёта термодинамических параметров трубчатого и пластинчатого теплообменников приведены в табл. 1 [3, 4].
Сравнение трубчатых и пластинчатых теплообменников показывает, что последние имеют меньшее гидравлическое сопротивление, что снижает нагрузку на насосное оборудование и уменьшает общие энергозатраты. Более высокая степень турбулентности в пластинчатых теплообменниках также способствует снижению образования отложений, что увеличивает срок службы оборудования и уменьшает потребность в его очистке [5].
Результаты проектного расчёта пластинчатого теплообменника для энергоблока ПТ-25/30–8,8–1/0,1 приведены в табл. 2 [6, 7]. Отличие коэффициентов теплоотдачи горячего теплоносителя обусловлено наличием оребрения пластинчатого теплообменника. Со стороны холодного теплоносителя оребрение отсутствует, поэтому значения параметров близки.
С экономической точки зрения, модернизация котельной с использованием пластинчатых теплообменников может снизить эксплуатационные расходы на 15–20%, а экономия на топливе составит до 10–15% от общих затрат на энергоресурсы. Эти показатели свидетельствуют о том, что инвестиции в проект могут окупиться в течение трёх-пяти лет в зависимости от установленной мощности котельной установки и текущих цен на энергоресурсы.
Стоимость теплообменника зависит от его характеристик и производителя. Для данного объекта стоимость пластинчатого теплообменника оценивается в 2–3 млн руб., включая затраты на закупку и установку. Дополнительные затраты, связанные с модернизацией вспомогательного оборудования (насосные системы и системы управления), составляют около 1,2 млн руб. Таким образом, общая стоимость модернизации котельной, включающей замену теплообменника и связанных с этим вспомогательных систем, оценивается в 3–4 млн руб.
Кроме того, наблюдается снижение гидравлических потерь и повышение коэффициента теплопередачи за счёт применения пластинчатых теплообменников при обеспечении более стабильной работы системы и уменьшении затрат на техническое обслуживание. Пластинчатые теплообменники также отличаются большей устойчивостью к образованию отложений, что снижает необходимость в частой чистке и увеличивает срок службы оборудования. Таким образом, использование современных пластинчатых теплообменников вместо трубчатых является экономически целесообразным решением, обеспечивающим значительное повышение энергоэффективности и снижение эксплуатационных расходов.
