Основные технологические и

архитектурно-строительные

решения по УТЭЦ НЛМК,

ООО «ХПКИ «ТЭП-СОЮЗ»,

г. Харьков

Перечень основных исходных документов для проектирования

Проектные работы по УТЭЦ НЛМК выполнены в рамках генерального Договора между ОАО

«НЛМК» и Энергостроительной корпорацией «СОЮЗ» (Генподрядчик) на выполнение проектных

работ, поставку оборудования и строительство на условиях "под ключ" объекта «УТЭЦ», 2008г.

В составе договорных документов была «Техническая часть Договора» с 12-ю

Приложениями, 8 из которых регламентировали направления проектных решений, а именно:

Приложение №1 «Общая пояснительная записка. Технические данные и состав

оборудования»

Приложение №3 «Технические условия на проектирование и строительство»

Приложение №4 «Техническая документация»

Приложение №5 «График реализации проекта»

Приложение №7 «Совместное проектирование и консультационные услуги персоналу

Заказчика»

Приложение №11 «Перечень фирм – производителей покупных изделий»

Приложение №12 «Чертежи, справочные материалы. Лицензии»

Приложение №1 было очень обстоятельным и основополагающим для выполнения

процесса проектирования УТЭЦ НЛМК и охватывало следующие основные аспекты:

■ Основные технические характеристики УТЭЦ, в том числе

установленная электрическая мощность – 150 МВт, тепловая мощность по отпуску тепла для

теплофикации – до 115 Гкал/ч и отпуску пара – до 120 т/час, располагаемый расход доменного газа – до

360тыс. нм3/час, располагаемый расход природного газа – до 66тыс. нм3/час

■ Принципиальная тепловая схема, в том числе организация поперечных связей между блоками

УТЭЦ

■ Компоновочные решения главного корпуса

■ Конструктивные характеристики основного оборудования (паровые котлы, паровые турбины,

генераторы), включая требования к вспомогательному оборудованию гарантийным показателям

■ Водоподготовительная установка (ВПУ)

■ Электрическая часть и АСУ ТП

План расположения зданий и сооружений

Основные проектные характеристики УТЭЦ НЛМК

Наименование параметра Размерность Величина

Установленная электрическая мощность МВт 150

Режим работы УТЭЦ – базовый. Число часов работы в год час/год 8000

Годовая выработка электроэнергии млн. кВтч 1099,9

Годовая выработка тепла тыс. Гкал 1098,3

Тепловая мощность по отпуску горячей воды для отопления

То же по пару р=1,3 МПа и t=250 ºС на производственные нужды НЛМК

Гкал/час

тонн/час

115

120

Начальные параметры свежего пара за котлами: - давление,

- температура,

- паропроизводительность одного

котла

МПа

°С

тонн/час

9,8

540

220

Располагаемый расход утилизируемого доменного газа

Располагаемый расход природного газа с учетом возможной работы котлов только на

природном газе

Доля природного газа при сжигании смеси с доменным газом

тыс. нм3/час

тыс. нм3/час

-

360

66

не менее 0,4

Параметры питательных электронасосов: - напор,

(пять насосов типа ПЭ-270-150-3) - производительность

м. вод. ст.

м3/ч

1650

270

Характеристики доменного газа: - низшая теплота сгорания при стандартных

условиях,

- располагаемое давление на границе УТЭЦ

ккал/м3

мм вод. Ст.

765-815

600-1500

Расчетный расход оборотной системы технического водоснабжения для

охлаждения конденсаторов трѐх паровых турбин и вспомогательного

оборудования

Расчетный расход подпитки системы (речная вода из реки Воронеж плюс

повторно используемая техническая вода НЛМК)

м3/час

м3/час

27000

1100

План расположения зданий и сооружений (в части газоснабжения)

Продольный профиль эстакады от НО2 до НО4

Секция «9» газопровода диаметром 3000 мм доменного газа

Эстакада. Поперечное сечение 5-5 (опорная конструкция эстакады)

Эстакада. Поперечное сечение 6-6 (в пролете между

опорными конструкциями эстакады)

Газопроводы диаметром 1000/800 мм доменного газа у горелок котла

Общий вид газовых горелок котла Е-220-9,8-540

Характеристики основного оборудования

Основные характеристики котла типа Е-220-9,8-540 ГД

(БКЗ ПК «Сибэнергомаш»): Котѐл с естественной циркуляцией для совместного сжигания доменного и природного

газа (не менее 40 % по общему теплу в котле); номинальная производительность по свежему

пару – 220 т/час при температуре 540 С и давлении 9,8 Мпа; Номинальная температура питательной

воды 215С; КПДнетто 89,6%; выброс оксидов азота в дымовых газах не более 125 мг/нм3;

максимальный расход сжигаемого доменного газа 120000 нм3/час; расход потребления природного

газа - 7000 нм3/час в номинальном режиме котла и минимальной расчетной доле 40 % по теплу и

максимальный расход 8000 нм3/час при сжигании только природного газа.

Основные характеристики паровой турбины типа ПТ– 40/50-8,8/1,3

(ОАО «Калужский турбинный завод»): Номинальные параметры свежего пара – температура 535 С и давление 8,8 МПА; номинальная

электрическая мощность в теплофикационном режиме 40 МВт при расходе потребляемого свежего пара

220 т/час; максимальная электрическая мощность в конденсационном режиме 50 МВт при расходе

отребляемого свежего пара 198 т/час; номинальный удельный расход тепла на выработку

электроэнергии в конденсационном режиме 2404 ккал/кВтч; номинальный расход пара из

регулируемого производственного отбора 40 т/час при давлении до 1,3 МПа и температуре 293 С;

номинальная мощность регулируемого теплофикационного отбора 76 Гкал/час.

Основные характеристики электрического генератора типа ТТК-50-2У3-П

(ОАО «Привод», г. Лысьва):

Генератор электрический с воздушным охлаждением и бесщеточным возбуждением для работы в

режиме S1 по ГОСТ 26772-85; номинальную мощность – 50 МВт; номинальное напряжение – 10,5 кВ,

полная мощность – 62500 кВА; КПД – 98,3%; напряжение статора 10,5 кВ; ток статора 3440 А;

коэффициент мощности 0,8; температура охлаждающего воздуха в генераторе - в пределах 19-40 С.

Перечень проектных решений по важным аспектам основных схем

Основная особенность это поперечные связи между основным и вспомогательным оборудованием

Три котла и три турбины УТЭЦ связаны между собой через два коллектора острого пара

Ø 325х26 мм. Такая схема позволяет паровым турбинам получать острый пар от любого котла и

обеспечивает надежность работы УТЭЦ с учетом возможности вывода разных котлов и турбин в ремонт,

включая и указанные коллекторы.

Острый пар от каждого котла может подаваться в любой из коллекторов, в зависимости от того, какой

коллектор является рабочим. Переключение подачи пара между коллекторами осуществляется при

помощи задвижек, установленных на каждом трубопроводе острого пара от котлов перед врезкой в

коллекторы. Из коллекторов острый пар через блоки стопорно-регулирующих клапанов, установленных

перед каждой турбиной, поступает на турбины. Пар на турбину может подаваться от одного из двух

коллекторов либо от обоих.

Для растопки котлов предусматривается растопочный паропровод Ø 219х18 мм на давление

9,8 МПа с выхлопом в атмосферу через шумоглушитель.

Перечень проектных решений по важным аспектам основных схем (продолжение)

Аналогичные двухколлекторные поперечные связи предусмотрены для систем питательной воды и

основного конденсата паровых турбин.

Поскольку для УТЭЦ НЛМК четыре деаэратора питательной воды на давление 0,6 МПа и пять

питательных электронасосов типа ПЭ-270-150-3 (производительностью по 270 м3/час и напором 1650 м ст. ж.)

предусмотрены общими для всех котлов и турбин, коллекторные поперечные связи содержат три пары

коллекторов системы питательной воды:

- Ø325х8 мм на всасе питательных насосов (после деаэраторов),

- Ø219х16 мм на напоре питательных насосов перед тремя группами регенеративных подогревателей

питательной воды высокого давления (ПВД), входящих в состав паротурбинных установок,

- Ø219х16 мм после ПВД (перед узлами регулирования расхода питательной воды и водяными экономайзерами

котлов).

Также предусмотрены одинарные коллекторы: Ø76х9 мм рециркуляции питательных насосов в

деаэраторы (для пусковых режимов) и Ø76х9 мм после промежуточных ступеней питательных насосов

(давление 6,3 МПа) для подачи охлаждающей воды на впрыск в пароохладители редукционно-охладительных

установок (РОУ) УТЭЦ.

Предусмотрены два общих коллектора Ø219х6 мм основного конденсата паровых турбин (после трех

групп регенеративных подогревателей питательной воды низкого давления - ПНД, входящих в состав

паротурбинных установок) с последующей подачей основного конденсата в деаэраторы питательной воды.

Данное решение позволяет не предусматривать резервное оборудование системы питательной воды на

каждом блоке «котѐл-турбина».

Предусмотрены два общих коллектора Ø530х8 мм производственного пара из регулируемых отборов

паровых турбин (давление 1,2 МПа и температура 293 ºС), из которых осуществляется питание потребителей

собственных нужд УТЭЦ и подача производственного пара на нужды НЛМК (через охладительное устройство

293/250 ºС).

Предусмотрен один общий коллектор Ø1420х14 мм подачи греющего пара из регулируемых

теплофикационных отборов паровых турбин (давление 0,25- 0,08 МПа и температура 160-93 ºС) в четыре

подогревателя сетевой воды (ПСВ, в том числе 1 резервный) для нагрева сетевой воды системы теплофикации

НЛМК до температуры 105-86 °С и с тепловой мощностью 133-10 Гкал/час в зависимости от времени года. Эти

четыре ПСВ расположены у постоянного торца машинного отделения УТЭЦ.

Указанные паровые коллекторы регулируемых производственных и теплофикационных отборов

паровых турбин позволяют повысить надежность работы УТЭЦ с учетом

отключений одной турбины.

Основные характеристики оборотной системы техводоснабжения №№

п/п

Наименование Размерность Величина

1 Общий расчетный расход воды в системе м3/час 27 000

2 Максимальная температура охлажденной воды (при метеоусловиях наиболее

теплого месяца и отключении одной из секций градирен для ремонта) при

допускаемой температуре 33 ºС по условиям работы охлаждаемого

оборудования

ºС 32,3

3 Количество вентиляторных градирен / число секций в одной градирне - 3/4

4 Частота вращения электродвигателя секции градирни (с частотным

регулированием оборотов)

об/мин 180/90

5 То же, мощность электродвигателя / напряжение электропитания кВт/В 75-9,4/400

6 Плотность орошения в градирнях м3/м2∙час до 12,0

7 Наличие систем антиобледенения / число их видов - Есть / 3

8 Количество циркуляционных насосов типа Д6300-27-3 в насосной станции

(производительностью по 5000-6000 м3/час и напором 30-27 м.в. ст.) /

nраб+nрез+nрем

- 7 / 5 раб. +

1рез.+1рем.

9 Число подземных водоводов Ø1800 мм с кольцевыми ребрами жесткости из

швеллера №12

- напорных 2

сливных 2

10 Максимальный расчетный расход подпиточной воды для компенсации

безвозвратных потерь (испарение и капельный унос) и постоянной продувки

системы

м3/час 630

11 Среднее качество подпиточной воды (речная вода из реки Воронеж

и повторно используемая техническая вода от НЛМК):

- щелочность

- общая жесткость

мг-экв/дм3

мг-экв/дм3

мг/дм3

5,05

5,25

400

12 Коэффициент упаривания воды в системе / необходимость химической обработки

подпиточной воды

- 2,0/ необходима*)

*) Для стабилизационной обработки подпиточной воды системы оборотного водоснабжения предусмотрено

применение ингибитора накипеобразования и коррозии типа «Puro Tech-110», это реагент на основе калиевой

соли цинкового комплекса оксиэтилидендифосфоновой кислоты, который предотвращает процессы накипеобразования

и коррозии в трубопроводах и теплообменном оборудовании системы оборотного водоснабжения.

Основные характеристики водоподготовительной установки

Учитывая высокую минерализацию исходной воды для ВПУ (общая жесткость до 6,0 мг-экв/л, общая

щелочность до 5,7 мг мг-экв/л, хлориды до 30 мг/л, сульфаты до 82 мг/л, сухой остаток до 480 мг/л,

окисляемость бихроматная до 43 мг-экв/л по О2) и жесткие требования поставщика котлов для УТЭЦ

(жесткость общая не более 0,5 мг-экв/л, кремниевая кислота не более 20 мкг /л, удельная электрическая

проводимость Н-катионированой пробы при 25 °С не более 0,5 мкСм/см), в Проекте принята ВПУ с

глубоким обессоливанием исходной воды прозводительностью 150 м3/час (без учета собственных нужд) на

базе прогрессивной мембранной технологии с применением установки обратного осмоса (УОО).

Основные системы, установки и узлы ВПУ УТЭЦ (кроме установки подогрева исходной воды до

требуемой температуры для оптимального процесса работы ВПУ):

■ Блок механической фильтрации. В нем установлены автоматические самопромывные фильтры (для

удаления частиц более 200 микрон). Сетчатый фильтр предназначен для предотвращения попадания

возможных крупных частиц на установку, что может привести к разрыву капилляров, из которых состоит

ультрафильтрационная мембрана.

■ Станция дозирования коагулянта. В качестве коагулянта используется водный раствор на основе

оксихлорида алюминия «Purotech RO510», который поставляется в готовом для применения виде. Дозирование

коагулянта необходимо для эффективной фильтрации. Дозировка коагулянта способствует более эффективной

работе мембран, увеличивает продолжительность фильтроцикла.

■ Станции дозирования гипохлорита натрия. Эти станции необходимы для бактерицидной обработки

исходной воды и мембран ультрафильтрации при их промывках. Процесс дозирования контролируется

датчиком активного хлора для поддержания остаточного содержания активного хлора в пределах 0,3-0,5 мг/л.

■ Блок ультрафильтрации с номинальной производительностью Q=220 м3/ч состоит из семи параллельных

подблоков по 16 параллельных мембран имеющих срок службы около 6 лет. При использовании установки

состоящей из 7 подблоков производительностью 37м3/ч каждый и в сумме 259м3/ч, запас по необходимой

производительности установки составляет 17%.

Ультрафильтрационные модули способны задерживать бактерии и вирусы и являются идеальным средством

для очистки воды из поверхностных водоемов и колодцев от органики. Более того, ультрафильтрация является

самой эффективной при очистке от коллоидов. Это также наилучший способ предварительной очистки воды

перед обессоливанием на УОО.

■ Узел дозирования водного раствора метабисульфита натрия в фильтрат перед мембранами УОО для

удаления остаточных следов активного хлора. Процесс дозирования

контролируется датчиком активного хлора для ограничения остаточного

содержания активного хлора не более 0,05 мг/л.

Основные характеристики водоподготовительной установки (продолжение)

■ Узел дозирования водного раствора антискаланта в фильтрат перед мембранами УОО для предотвращения

отложений плохо растворимых неорганических солей на мембранах УОО. Процесс дозирования

контролируется по расходомеру. Доза антискаланта составляет 4,5 г на 1 м3 фильтрата.

■ Установка обратного осмоса УОО состоит из группы насосов фильтрата, блока картриджных фильтров,

группы насосов фильтрата высокого давления и блока мембран обратного осмоса. УОО предназначена для

обессоливания воды с использованием обратноосмотических мембран. Номинальная производительность

УОО по пермеату - 160 м3/час. Перед обратным осмосом фильтрат подается на картриджные фильтры 5 мкм

(три рабочих и один резервный). Данные фильтры предназначены для защиты обратноосмотических

мембран в аварийных ситуациях, а также для обеспечения эффективного перемешивания дозируемых в

фильтрат реагентов.

УОО представляет шесть параллельных подблоков по 6 корпусов в каждом. В каждом корпусе находится по

шесть обратноосмотических мембран «Hydranautics LFC3-LD», имеющих срок службы до 5 лет, так как

мембраны имеют свойство «старения». При использовании установки, состоящей из 6-ти блоков

производительностью 32м3/час каждый и в сумме 192м3/час, запас к номинальной производительности

составляет 20%, что обеспечивает возможность вывода одного подблока в ремонт (или для технического

обслуживания) без сокращения номинальной производительности ВПУ.

■ Установка фильтров смешанного действия с внутренней регенерацией (ФИСДВр) для доведения

качества обессоленной воды до требуемых показателей. Фильтрование осуществляется через слой

перемешанных зерен Н-катионита и ОН-анионита. Цикл работы состоит из следующих операций: ионный

обмен, взрыхление, регенерация и отмывка. Рабочий цикл заканчивается, когда солесодержание фильтрата

приближается к предельно допустимым значениям.

Установка ФИСДВр состоит из пяти фильтров: три рабочих (в том числе один в режиме регенерации) и два

резервных (в том числе один из них пустой и может использоваться для гидроперегрузки ионитов из рабочих

фильтров, а другой – может быть заполнен сухими ионитами как запасной загрузкой). Фильтроцикл одного

фильтра составляет 15750 м3 или 210 часов. Регенерация проводится рабочими 4% растворами серной

кислоты и гидроксида натрия.

■ В результате работы ВПУ образуются нейтрализованные засоленные стоки в количестве 86 м3/час.

Они отводятся в сети канализации бытовых стоков УТЭЦ и далее – в аналогичные сети НЛМК.

■ Оборудование подготовки сжатого воздуха для управления пневмоприводной арматурой.

■ Оборудование АСУ, комплектно поставляемое поставщиком ВПУ.

Основные компоновочные решения по главному корпусу УТЭЦ

Пристройка РУСН 6 кВ/400 В

Деаэраторное отделение

Котельное отделение

Трехствольная дымовая

труба h=100 м

Дымососное отделение

Коллектор Ø 3000 мм доменного газа

Турбинное отделение

Главная схема электрических соединений

Схема электроснабжения потребителей с/нужд

Схема бесперебойного питания переменным током

Функциональные особенности АСУ ТП

● АСУ ТП предназначена для безопасной, надежной и эффективной работы УТЭЦ НЛМК.

● АСУ ТП выполнена как распределенная информационно-управляющая человеко-машинная

система, рассчитанная на длительное функционирование в реальном масштабе времени.

● АСУ ТП предназначена для автоматизированного и частично автоматического управления

технологическим оборудованием, согласно инструкциям заводов-изготовителей на технологическое

оборудование и «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей», и обеспечивает

выполнение следующих функций:

•информационно-вычислительных;

•авторегулирования параметров технологического процесса;

•технологических защит и блокировок;

•дистанционного управления оборудованием;

•предупредительной и аварийной сигнализации.

● Система позволяет вести регулирование нагрузки котлоагрегатов как по расходу пара, так и по

давлению пара.

Повышение уровня экономической эффективности эксплуатации

оборудования УТЭЦ достигается за счет:

•сокращения времени пуска отдельных агрегатов и всей УТЭЦ;

•сокращения издержек на ремонт основного оборудования УТЭЦ за счет оптимизации режима

его работы;

•сокращения издержек на планово-предупредительные ремонты и комплексные обследования за

счет внедрения средств мониторинга и диагностики оборудования и программно-технических

средств;

•сокращения времени простоя основного и вспомогательного оборудования УТЭЦ при

аварийных (нештатных) отключениях за счет повышения информативности и расширенных

диагностических функций о месте и характере дефекта;

•сокращения времени простоя оборудования при устранении отказов систем технологической

автоматики, защит, контроля состояния за счет блочно-модульного исполнения конструктивов

устройств соответствующих систем и отсутствия необходимости проведения дополнительных

наладочных работ после замены блока или модуля;

•сокращения количества ремонтного и обслуживающего персонала;

•улучшение условий труда эксплуатационного персонала;

•защита энергооборудования и персонала при угрозе аварии;

•своевременное представление оперативному персоналу достаточной и достоверной

информации о ходе технологического процесса, состоянии оборудования и технических средств

управления.

Структура АСУ ТП

Основные решения по автоматизации

Для управления УТЭЦ предусматривается программно-технический комплекс (ПТК) системы

контроля и управления типа SPPA-T3000 с контроллерами Simatic S7-400 фирмы «Siemens»

Германия, реализованный на микропроцессорной технике с собственными интерфейсными

устройствами, программируемыми логическими контроллерами, а также интерфейсами

оператора.

АСУ ТП УТЭЦ предусматривает следующие виды контроля и управления:

● основной контроль и управление с Группового щита управления (ГрЩУ), расположенного в

главном корпусе, через ПТК;

● автономные системы контроля и управления, интегрируемые в единый ПТК АСУ ТП УТЭЦ;

● аварийное управление (останов) с ГрЩУ и по месту;

● контроль и управление с МЩУ;

● управление электротехническим оборудованием с Главного щита управления (ГЩУ).

План размещения оборудования АСУ ТП в оперативном контуре

ГрЩУ на отм. +8,000

Архитектурные решения

■ При сжигании доменного газа, как побочного продукта металлургического производства

НЛМК, в котлах УТЭЦ НЛМК отпадает необходимость его дожигания в большом количестве (360000

нм3/час) «на свече» с объѐмом выброса вредных веществ (NOх и СО) на порядок больше по

сравнению с выбросами этих веществ от УТЭЦ, поскольку технология сжигания газообразного

топлива в котлах Е-220-9,8-540 ГД обеспечивает ограничение содержания окислов азота в дымовых

газах не более 125 мг/нм3.

■ Сжигание доменного газа в котлах УТЭЦ НЛМК, вместо его бросового дожигания «на

свече», позволяет не усугублять напряженную экологическую обстановку в городе Липецке. Как

следует из информации Липецкого областного центра по гидрометеорологии и мониторингу

окружающей среды за 2007 год о загазованности и запыленности атмосферного воздуха селитебной

зоны города Липецка, значения приземных концентраций диоксида азота и окиси углерода на

расстоянии 1 км от НЛМК близки к их ПДК - на уровне соответственно 0,2 и 5 мг/м3. Такого рода

технические решения соответствуют мировой практике, например, разработкам фирмы Мицубиши

(Япония) и др.

■ Сжигание доменного газа в котлах УТЭЦ НЛМК, вместо его бросового дожигания «на

свече», обеспечивает экономию энергетических ресурсов в эквивалент

в объѐме 317 тыс. тонн условного топлива в год.

МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ■ Трѐхствольная дымовая труба высотой 100

м (по одному стволу на каждый котельный агрегат),

обеспечивает рассеивание

окислов азота, содержащихся в дымовых

газах, до значений приземных концентраций в

атмосферном воздухе в пересчете на диоксид азота

NO2 не более 0,012 мг/м3, что составляет 5,9 % от

предельно допустимой концентрации окислов азота

(ПДК)

0,2 мг/м3 по гигиеническим нормативам ГН

2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации

(ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном

воздухе населенных мест».