Компоновки главного корпуса электростанции зависят от многих факторов, из которых следует выделить: вид топлива (уголь, газ, мазут и др.), способы его подачи (железнодорожным или иным путем); тип электростанции (конденсационная или теплоэлектроцентраль); тип и число турбоагрегатов и котлов; технологическую структуру электростанции — блочная или неблочная; климатические и метеорологические условия района. При благоприятных условиях (отсутствие обильных осадков, сильных ветров, пылевых бурь, туманов) и теплом климате возможно применение открытой компоновки главного корпуса.
Практика проектирования, строительства и эксплуатации тепловых электростанций, а также стремление обеспечить максимальную экономичность и индустриальность строительства предъявляют ряд требований к строительной компоновке главного корпуса. Основными из них являются:
- обеспечение минимальных площади застройки и строительного объема здания;
- простота планировочных решений и по возможности одинаковая длина различных отделений главного корпуса;
- простота объемного решения и уменьшение ступенчатости корпуса;
- расположение температурных швов за пределами помещении блочных щитов;
- модульная разбивка высот этажей, пролетов и шагов зданий, позволяющая применять унифицированные конструкции;
- установка тяжелого оборудования на нулевой отметке;
- облегчение строительных конструкций за счет использования несущей способности каркаса котла или облегчение конструкций котла за счет его подвески к строительным конструкциям здания;
- расположение вспомогательного оборудования вне главного корпуса на открытых площадках;
- группировка коммуникаций для возможности пропуска через специальные проемы в перекрытиях;
- обеспечение для обслуживающего персонала нормального температурно-влажностного режима работы;
- возможность выполнения строительно-монтажных работ прогрессивными методами и обеспечение ввода в эксплуатацию отдельных агрегатов до окончания строительства всего главного корпуса;
- выполнение противопожарных и взрывобезопасных мероприятий;
- возможность расширения главного корпуса без нарушения нормальной эксплуатации действующей части ТЭС.
При разработке строительной компоновки главного корпуса следует уделять особое внимание правильности решения котельного отделения, высота которого достигает 60—120 м. Выбор компоновки котельной зависит от типа котла (П-образный, Т-образный, малогабаритный, подвесной к собственному каркасу или к каркасу здания).
Котельное отделение главного корпуса может иметь разные компоновки (рис. 3.1): закрытую без связи конструкций здания с каркасом котла; закрытую с опиранием конструкций стены на каркас котла; полуоткрытую с опиранием кровли (шатра) на каркас котла (при этом стена котла совмещена с наружной стеной котельной); закрытую с подвесным котлом; открытую с установкой котла на открытом воздухе.
Использование каркаса котла для опирания конструкций котельной позволяет облегчить несущий каркас главного корпуса, что имеет значение при котлах большой производительности, когда высота котельной достигает 60—70 м. При полуоткрытой котельной обеспечивается дополнительная экономия и за счет уменьшения площади стенового ограждения. Несмотря на то что при опирании конструкций здания на каркас котла последний утяжеляется, достигается известный экономический эффект за счет уменьшения числа колонн и снижения общей массы металла. Жесткая пространственная система каркаса котла без существенного утяжеления может воспринять дополнительные ветровые горизонтальные нагрузки, а также вертикальные нагрузки от массы шатра.
Следует отметить, что при совмещении конструкций котла и здания монтаж котла производится на открытом воздухе кранами, используемыми при монтаже строительных конструкций. Мостовой кран котельной используется в этом случае только для доводочных работ при монтаже и ремонтных работ при эксплуатации. Наиболее благоприятные условия для монтажа котла создаются при использовании мостового крана в закрытой котельной, что особенно существенно для районов с суровыми климатическими условиями. Кроме того, при строительстве закрытой котельной без опирания конструкций на каркас котла возможно создание опережающего задела, который обеспечивает поточность монтажа.
Для котельной главного корпуса с восемью турбоагрегатами по 500 МВт и однокорпусными котлами паропронзводительностью по 1500 т/ч, работающими на экибастузском угле, проведено технико-экономическое сравнение закрытой котельной без опирания на каркас котла с закрытой котельной с опиранием конструкций на каркас котла (см. рис. 3.1,а,б). В обоих вариантах высота котельной 63 м, пролет 45 м. Каркас главного корпуса выполнен из стальных конструкций. При опи-рании конструкций на каркас котла утяжеление последнего составляет 80 т на один котел. Опирание на каркасы котлов уменьшает массу строительных стальных конструкций на 1453 т (на 8 котлов), а с учетом утяжеления каркасов котлов — на 813 т. Стоимость уменьшается на 360 тыс. руб., а с учетом утяжеления каркасов котлов — на 250 тыс. руб. При отказе от мостового крана по всему пролету котельного отделения и опира-нии шатра кровли на котел (рис. 3.1, в) эффект от совмещения конструкции еще более возрастает.
Конструкции подвесных котлов являются перспективными. При таком решении котел монтируют в закрытом помещении, имеющем мостовой кран, малая зависимость конструкций здания от котла позволяет устанавливать в котельной котлы разной производительности, обеспечивается возможность выполнения каркаса из сборных унифицированных конструкций в модульной сетке.
Анализ различных типов котельных ТЭЦ — закрытой, с шатровым покрытием, с подвесными котлами при установке восьми котлов производительностью по 420 т/ч, работающих на экибастузском угле, приведен в табл. 3.1.
Подвесные котлы по сравнению с шатровым покрытием позволяют уменьшить пролет котельной с 21 до 18 м и сократить стоимость при установке семи газомазутных котлов производительностью по 480 т/ч с 608 до 478 тыс. руб. (или на 21 %).
Компоновка машинного отделения зависит от типа турбоагрегата и его расположения, что в свою очередь связано с размерами ячейки котла. В отдельных случаях, при значительном превышении размеров ячейки турбоагрегата, принимается островное расположение котельного отделения.
Бункерные и деаэраторные отделения размещаются на этажерках, и их компоновка определяется видом топлива, единичной мощностью энергоблоков и характеристикой оборудования. При раздельном бункерном и де-аэраторном отделениях улучшается компоновка оборудования пылеприготовления, однако удлиняются газоходы. Наиболее компактную компоновку обеспечивает совмещение бункерного и-деаэраторного отделений в однопролетной этажерке.
При компоновке бункерно-деаэраторного и машинного отделений существенным является размещение блочных щнтов управления, которые могут располагаться либо в бункерно-деаэраторном отделении (встроенное БЩУ), либо в пристройке к наружной стене машинного отделения (выносное БЩУ). Следует отметить, что выносное БЩУ создает более комфортные условия работы для персонала щита, но вызывает увеличение расхода кабеля. Встроенное БЩУ обычно требует увеличения пролета котельной. В табл. 3.2 дано технико-экономическое сопоставление встроенного и выносного БЩУ для ГРЭС мощностью 210X6=1260 МВт. Каждый щит управления обслуживает два блока.
Тягодутьевые устройства, компонуемые в главном корпусе, состоят из дутьевых вентиляторов и дымососов. Согласно технологическим нормам следует предусматривать их открытую установку на ТЭС, работающих на жидком и газообразном топливе, во всех климатических районах. На ТЭС, работающих на твердом топливе, открытая установка дутьевых вентиляторов и дымососов допускается в районах с расчетной температурой выше —28 °С.
Открытую установку сухих золоуловителей (например, электрофильтров) следует применять во всех климатических районах. Должна быть закрыта только их нижняя часть, где происходит смыв золы в каналы золоудаления. Мокрые золоуловители в районах с расчетной температурой отопления ниже —15 °С устанавливаются в закрытом помещении. Однако, учитывая, что и при открытой установке электрофильтров необходимо устройство над нами неутепленного шатра, а также теплых стен в нижней части в пределах бункерного этажа, целесообразно рассмотреть варианты закрытой и открытой установки тягодутьевых устройств и электрофильтров.
Ниже рассмотрены три варианта компоновки тягодутьевых устройств и золоуловителей для ТЭЦ с тремя пылеугольными котлами производительностью по 420 т/ч, расположенной в климатическом районе, допускающем открытую установку тягодутьевых устройств (рис. 3.2).
Вариант 1. К котельному отделению примыкает закрытое помещение пролетом 39 м, оборудованное мостовым краном грузоподъемностью 20/5 т. Внутри помещения расположены дутьевые вентиляторы, дымососы и электрофильтры (рис. 3.2,а).
Вариант 2. Электрофильтры расположены открыто. Их нижняя часть укрыта стенами. Над электрофильтрами устроены шатры. Каркас шатра — стальной, стены — холодные из волнистых асбестоцементных листов, покрытие — из плоских железобетонных плит по стальным балкам. Дутьевые вентиляторы и дымососы установлены на открытом воздухе и обслуживаются мостовыми кранами грузоподъемностью соответственно 10 и 20/5 т (рис. 3.2,б).
Вариант 3 отличается от варианта 2 заменой двух мостовых кранов одним полукозловым краном грузоподъемностью 15 т, обслуживающим дутьевые вентиляторы, дымососы и электрофильтры (рис. 3.2,в).
При сравнении технико-экоиомическнх показателей (табл. 3.3) не учтены объемы и стоимости тех строительных работ, которые одинаковы для всех вариантов. При определении стоимости вариантов учтены и затраты на крановое оборудование. Из табл. 3.3 следует, что для условий, допускающих открытую установку тягодутьевого оборудования, наиболее экономичной является открытая установка оборудования с полукозловым краном.
На примере КЭС с блоками мощностью 500 МВт и котлами паропроизводительностью 'по 1500 т/ч, сооружаемой в климатических условиях, для которых требуется закрытая установка дутьевых вентиляторов, дымососов и регенеративных воздухоподогревателей (РВП), проведено сравнение открытой и закрытой установки электрофильтров с учетом конструктивных решений помещения РВП и дымососного отделения (рис. 3.3).
При открытой установке электрофильтров РВП устанавливаются в пристройке пролетом 12 м у фасадной стены котельного отделения, в которой расположены также дутьевые вентиляторы. Подбункерное помещение ограждается теплыми стеновыми панелями по металлическому фахверку. Дымососы располагаются в отдельном закрытом помещении пролетом 15 м. Над помещением дымососов располагается РУ электрофильтров. Стены дымососного отделения выполняются теплыми.
При закрытой установке РВП, дутьевые вентиляторы и электрофильтры размещаются в одном закрытом помещении пролетом 48 м, которое перекрывается фермами и обслуживается мостовым краном. Никаких укрытий электрофильтров не требуется. Дымососное отделение и помещение РУ электрофильтров размещают, как и в первом случае, в отдельной этажерке пролетом 15 м, но стена между дымососной и помещением электрофильтров не сооружается.
В табл. 3.4 приведено технико-экономическое сравнение открытой и закрытой установки электрофильтров, из которого следует, что закрытая установка электрофильтров при принятой компоновке оказывается дешевле открытой, что в основном объясняется уменьшением при закрытой компоновке площади стен. Однако такая компоновка требует изготовления и установки сложных ферм пролетом 48 м. Представляется целесообразным использовать несущие конструкции электрофильтров для создания промежуточных опор покрытия и тем самым избежать применения ферм больших пролетов.
На так называемой открытой электростанции предусмотрены открытые машинный зал (выше отметки обслуживания) и котельное отделение (рис. 3.4). Целесообразность строительства открытых электростанций в Советском Союзе явилась предметом длительной дискуссии, так как при такой компоновке наряду с упрощением строительной части усложняются конструкции оборудования и затрудняется его эксплуатация. Поскольку для открытых электростанций турбостроительные заводы поставляют серийное оборудование, изготовляемое для закрытых электростанций, над турбоагрегатами предусматриваются отапливаемые местные укрытия. Так, для открытой установки на Северной ГРЭС запроектированы кабины для укрытия всей турбины и возбудителя. На последующих КЭС кабина уменьшена и устанавливалась только над цилиндром высокого давления. В потолке укрытий предусмотрены съемные щиты для пропуска крюка крана при ревизии и ремонте. Вход в укрытия предусматривается с отметки 9,0 м. Поузловой ремонт турбины предусмотрен на закрытых ремонтно-монтажных площадках, расположенных на отметке 0,0 м. На оперативной отметке 9,0 м выполнены проемы со съемными перекрытиями в зоне расположения питательных насосов, регенеративных подогревателей и другого вспомогательного оборудования для возможности использования крана при ремонте этого оборудования.
На открытых Северной и Али-Байрамлинской ГРЭС полностью укрыт только верх котла двускатным шатром и создана пристройка в зоне горелок. На других электростанциях вместо шатра предусмотрены местные укрытия верха котла. Для электростанций, расположенных в более суровых условиях (например, Краснодарской ТЭЦ), котел закрывается почти по всей высоте задней стены. Для ремонта котла на отдельных электростанциях предусмотрен двухконсольный кран грузоподъемностью 3 т, передвигающийся над верхним перекрытием котла. Ремонт дутьевых вентиляторов, дымососов, воздухоподогревателей выполняется с использованием автокрана или с помощью монорельсов с тельферами.
Общая оценка экономической эффективности открытой электростанции по сравнению с закрытой может быть произведена только на основе специальных проработок, выполненных для одинаковых условий. Проработка, проведенная Ростовским отделением Атомтеп-лоэлектропроекта для электростанции с четырьмя блоками по 160 МВт, работающей на газомазутном топливе, выполнена раздельно для условий раскрытия машинного и котельного отделений (табл. 3.5). Строительная часть открытого главного корпуса дешевле закрытого на 400 тыс. руб., или на 20,8 %. Раскрытие только машинного зала позволяет снизить стоимость строительной части главного корпуса всего на 3,5—4 %, что составляет 0,15—0,20 % стоимости электростанции при примерно таком же удорожании оборудования.
Продолжительность подготовительного периода строительства для открытой ТЭС практически не изменяется по сравнению с закрытой. Продолжительность периода от начала земляных работ до начала монтажа котла для открытого главного корпуса сокращается по сравнению с закрытым даже для наиболее мощных ТЭС на газе на 2—3 мес, при наличии бункерно-деаэра-торной этажерки (пылеугольная ТЭС) уменьшается до 1 мес. Так как на открытых электростанциях продолжительность монтажа турбоагрегата несколько увеличивается, пуск первого блока открытой ТЭС происходит по сравнению с закрытой примерно на 1,5—2.5 мес раньше.
Учитывая трудности эксплуатации открытых электростанций и технико-экономические показатели их строительной части, можно установить следующие целесообразные пределы применения открытых компоновок.
- 1. Независимо от климатического района машинное отделение целесообразно выполнять закрытым с использованием в южных районах легких ограждающих конструкций.
- 2. На газомазутных электростанциях, расположенных в южных районах с расчетной зимней температурой не ниже —20°С при продолжительности зимнего периода не более 3 мес, котлы следует устанавливать на открытом воздухе (кроме блоков на закритические параметры пара).
- 3. Для пылеугольных электростанций, расположенных в южных районах, возможность установки котлов на открытом воздухе необходимо обосновывать в каждом отдельном случае. При этом оборудование пылеприготовления во всех случаях должно располагаться в закрытых помещениях.
- 4. Для котлов, расположенных на открытом воздухе, необходимо нижнюю их часть, расположенную под отметкой обслуживания, выполнять закрытой с отоплением, а также утеплять фронт обслуживания горелок.