Перспективы и технические возможности применения

Малой энергетики

 

Опыт длительной эксплуатации на промышленных предприятиях турбин малой мощности (0,5 … 6 МВт) показал на высокую надежность при минимальном числе обслуживающего персонала. Применение так называемых малых ТЭЦ имеет следующие преимущества:

- меньшие капиталовложения по сравнению с крупными ТЭЦ, что достигается за счет отказа от сооружения систем циркуляционного водоснабжения, удешевления электрической части, упрощения оборудования турбинного цеха, тепловой схемы и техобслуживания. В целом снижение стоимости достигает 35-55 %;

- снижаются удельные расходы топлива до 160-170 г условного топлива на 1 кВт·ч при одновременном сокращении его абсолютных расходов;

- уменьшаются трудозатраты на строительство;

- существенно уменьшается срок окупаемости капиталовложений при одновременном ускорении сроков ввода теплофикационных систем в эксплуатацию;

- снижаются потери, т.к. вновь устанавливаемое оборудование размешается в непосредственной близости от потребителей.

Строительство локальных источников энергии вызвано рядом других факторов. Современные технологии требуют строжайшего соблюдения режимов обеспечения энергоносителями. Интеграция таких технологий в существующие промышленные зоны и территории часто требует от энергоисточников стабильных параметров по давлению, температуре, объемам подачи и вступает в противоречие со сложившейся структурой их распределения.

В качестве примера можно привести опыт разработки и внедрения первой очереди мини -ТЭЦ для цеха улавливания химпродуктов № 2 (ЦУХ №2) ОАО «ММК».

Потребность цеха в паре давлением 0,9 МПа температурой 3000С составляет 60-70 т/ч. Требования к параметрам пара определены техническими условиями фирмы «Крупп Коперс» при строительстве ЦУХ. Для их обеспечения от существующих энергоисточников ММК, учитывая большую удаленность потребителя, необходимо подавать пар с давлением 1,4 … 1,6 МПа и температурой не менее 3500С. Подача пара таких параметров возможна непосредственно от одного из котлов среднего давления ЦЭС или ПВЭС через РОУ с остановкой одной из турбин и существенной потерей электроэнергии, что экономически нецелесообразно.

Поэтому для пароснабжения ЦУХ №2 принято решение о строительстве в непосредственной близости от цеха мини-ТЭЦ. В проекте рассмотрено поэтапное ее строительство:

1 этап - строительство электростанции с установкой одного котла КВГ-3Г, работающего на природном газе.

2 этап - установка на электростанции второго котла КВГ-3Г и перевод обоих котлов на работу на коксовом газе.

Строительство электростанции позволяет:

- удовлетворить потребности цеха улавливания в паре требующихся параметров;

- уменьшить потребление пара коксохимическим производством от источников ОАО «ММК», что сократит потери тепла в сетях до 10 %;

- вырабатывать до 4 МВт электрической мощности на собственной электростанции;

- увеличить выработку электроэнергии на ПВЭС на 14 МВт за счет сокращения выдачи пара от нее.

В настоящее время установлен один котел типа КВГ-3Г разработки и изготовления специального конструкторского бюро г. Санкт-Петербург. Это малогабаритный, автоматизированный, высоконапорный котел с вертикальным двухколлекторным пароперегревателем, змеевиковым экономайзером, газоочистным и газовым топочным устройством.

Основные технические характеристики котла КВГ-3Г приведены в табл. 5.4.

 

Таблица 5.4

Основные параметры мини-ТЭЦ ЦУХ №2 ОАО «ММК»

Основные параметры Проектные данные Фактические результаты
Котел КВГ-3Г - производительность, т/ч - давление перегретого пара, МПа - температура перегретого пара, 0С   3,9   3,8
Котел КУП 2500 - производительность, т/ч - давление перегретого пара, МПа температура перегретого пара, 0С   8,8 0,6…0,8   5,4 0,6
Турбогенератор - производительность, МВт     2,5

 

Для подачи воздуха на горение предусмотрен компрессор, приводимый во вращение газовой турбиной. Недостаток мощности газовой турбины для подачи необходимого количества воздуха восполняет дополнительная паровая турбина, получающая пар от КВГ-3Г. Компрессор, газовая и паровая турбины скомплектованы в единый турбонадувочный агрегат (ТНА).

Для снижения температуры уходящих газов после ТНА устанавливается котел-утилизатор типа КУП 2500 (табл. 5.4). За котлом установлена редуционно- охладительная установка РОУ, позволяющая выдать в цех пар нужных параметров (давление пара 1,1 МПа, температура 3200С).

Для выработки электроэнергии используется турбоагрегат с противодавлением Р-4-3,4/1,5-1 производительностью 4 МВт. Основными потребителями электроэнергии являются механизмы и агрегаты котла №1 и химводоочистки. Для питания электроприемников напряжением 380/220 В устанавливается комплектная трансформаторная подстанция с двумя трансформаторами по 1000 кВА. Расход природного газа составляет 5300 м3/ч.

Для резервирования подачи пара на ЦУХ №2 проектом предусматривается второй этап строительства электростанции с установкой аналогичного оборудования.

В мировой энергетике уже более 25 лет используется энергия сжатого природного газа. Широкое распространение получили турбодетандеры (ТДА) в Италии (более 300 шт. в эксплуатации), устанавливаются ТДА и в других странах Европы. Такие агрегаты позволяют более чем в два раза сократить расход топливных ресурсов по сравнению с традиционными технологиями, обеспечить низкую себестоимость вырабатываемой электроэнергии, сократить выбросы в атмосферу.

В августе 1994 г. на московской ТЭЦ-21 ввели в эксплуатацию первую в стране турбодетандерную энергетическую установку, которая для производства электроэнергии не требует сжигания топлива и не оказывает вредного влияния на окружающую среду. Установка состоит их двух энергоагрегатов мощностью по 5 МВт, способных ежегодно вырабатывать до 80 млн. кВт·ч дешевой электроэнергии. К сожалению, до сих пор подобная энергоустановка остается единственной в стране.

Принцип действия ТДА заключается в следующем. Газ на электростанции подается от газораспределительных пунктов (ГРП) с давлением (1,0...1,5) МПа, перед котлом его давление должно быть не более (0,11...0,15) МПа. В существующих схемах этот перепад давления срабатывается в дроссельном устройстве без получения полезной энергии. Применение турбодетандеров позволит использовать энергию, возникающую при перепаде давления, и дополнительно выработать электрическую энергию. Такие эффективные схемы могут быть реализованы и на газораспределительных станциях, где происходит дросселирование газа с другими параметрами по перепаду давления, например (5,5…1,2), (1,2…0,6), (1,2…0,1) МПа.

Температура газа при расширении в турбодетандере резко снижается, поэтому газ предварительно подогревают до температуры, которая бы обеспечивала ее допустимое значение перед котлом. В зависимости от схемы включения и температуры подогрева эффективность использования турбодетандеров в общей тепловой схеме станции различна и требуется расчет целесообразного варианта. В основном существуют две группы тепловых схем подогрева газа (рис. 5.7). К первой группе относятся схемы с подогревом газа перед турбодетандером, а ко второй - за ним.

 

 

б)
а)
В котел
0,2 МПа
Пк
П1
50С
ТД
В котел
0,2 МПа
ТД
В Пк-1
1,2 МПа
50С
1,2 МПа
Пк
П1

 

Рис. 5.7. Возможные тепловые схемы турбодетандерного блока:

П1 ... Пк - подогреватели природного газа; ТД - турбодетандер

 

 

В табл. 5.5 приведены основные параметры отечественных детандер – генераторных агрегатов единичной мощностью (0,5 ... 6) МВт. Срок окупаемости таких объектов с учетом одного года строительства составляет от 1,9 до 3 лет. В табл. 5.5 указаны типы и основные параметры.

Таблица 5.5

Основные параметры агрегатов

  N п/п   Параметры   ТДЭ-7500   ТДЭ-   ТДЭ-   ДГД-   ДГА-   ДГА-
1. Номинальная мощность, МВт 0,5 4,0 6,0 1,2 2,5 5,0
2. Напряжение, кВ 0,4 10,5 (6,3) 10,5 (6,3) 10,5 (6,3) 10,5 (6,3) 10,5 (6,3)
3. Расход газа, тыс. м3/ч (пропускная способность детандера)   10-30   80-130   130-180      
4. Давление газа на входе, МПа 0,4-0,6 0,6-1,2 0,6-1,2 0,6-1,2 0,6-1,2 0,6-1,2
5. Давление газа на выходе, МПа 0,25-0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1-0,25
6. Установленный ресурс, ч


Аналогичен принцип использования потенциальной энергии доменного газа при помощи газорасширительных утилизационных бескомпрессорных турбин (ГУБТ). ГУБТ осевого типа были изобретены и доведены до промышленного применения в нашей стране в 50-х годах, в том числе одна из турбин была установлена на ОАО «ММК» и проработала более 10 лет. В дальнейшем они были усовершенствованы и нашли применение во многих странах мира, как эффективное средство энергосбережения. Эксплуатация ГУБТ позволяет получить около 35 % энергии, требуемой для подачи дутья в доменную печь. Только на заводе «Кимицу» (Япония) установлены три турбины «TRT» суммарной электрической мощностью 49,5 МВт, а всего в Японии установлено 36 таких турбин за всеми доменными печами [ ]. Технологическая схема «TRT» представлена на рис. 5.8.

Используется аксиальная турбина влажного типа, отличающаяся по к.п.д. выработки электроэнергии под колошниковым давлением. Регулировка давления производится путем автоматического изменения положения лопаток. Мощность генератора и турбины рассчитывается на максимальный выпуск чугуна с коэффициентом 2,4 и колошниковым давлением 1,5 кг/см2.

Опыт металлургических предприятий Австрии (Фест-Альпине Шталь, г. Линц), Словакии (металлургический завод «VSZ» в г. Кошице) [ ] показывает, что при выходе доменного газа в объеме (400…420) тыс. м3/ч можно достичь мощности турбин (10...12) МВт.

 

VS Вентури
1370м2
D.С. пылеулав.
Распыл. воды
Т
G
м
Отсеч. клапан
Регул. клапан
Авар. отсеч. клапан
Предохр. клапан
Дросс. клапан

 

Рис. 5.8. Технологическая схема «TRT»

 

В 2004 г. введена в эксплуатацию ГУБТ-25 для крупнейшей в России доменной печи №5 ОАО «Северсталь». Комплекс состоит из газовой турбины ГУБТ-25 и турбогенератора ТФ-25-4 УХЛ. Газовая турбина спроектирована и изготовлена в ОАО «Невский завод» г. Санкт-Петербург, турбогенератор разработан и установлен ОАО «Электросила». Основные параметры ГУБТ для расчетного, максимального и минимального режимов работы приведены в табл. 5.6.

 

 

Таблица 5.6.

Основные параметры ГУБТ-25

Режимы Параметры     Расчетный   Максимальный   Минимальный
Расход влажного газа, тыс. м3      
Давление на входе в турбину, МПа   0,304   0,306   0,290
Давление на выходе из турбины, МПа   0,108   0,108   0,108
Температура газа на выходе, 0С      

 

Комплекс способен вырабатывать более 150 млн. кВт·ч электроэнергии в год. Опыт разработки, пуска, эксплуатации такой ГУБТ для России уникален.

Опыт эксплуатации ГУБТ на ОАО «ММК», ОАО НТМК, ОАО «Северсталь» и других показал, что без подготовки доменного газа, модернизации газоочистки нельзя иметь полноценную отдачу от ГУБТ. Подготовка доменного газа предусматривает установку газоочистки сухого или мокрого типа, дроссельной группы, системы оборотного водоснабжения газоочистки, системы обезвоживания шламов. Главным элементом в системе подготовки доменного газа является газоочистка. Часто меняется основность, что приводит к резкому увеличению выносов пыли и превышению их выше нормативных, резко меняется гранулометрический состав пыли, а это приводит к увеличению капитальных затрат на реконструкцию газоочисток.

Проект, разработанный Магнитогорским Гипромезом, предусматривал установку трех ГУБТ за доменными печами № 1,9,10 с установленной мощностью 22 МВт.

Одним из препятствий по широкому внедрению ГУБТ в России является наличие доменных печей сравнительно небольшой производительности, что приводит к существенному снижению мощности турбин.

Сезонные колебания в выработке и использовании пара дают возможности для более эффективного его использования. Как правило, при создании локальных производств, основное внимание уделяется обеспечению технологических процессов необходимыми энергоресурсами, а вопросы круглогодичного эффективного их использования отступали на второй план, т.к. приводили к удорожанию проектов.

На основе проекта, реализованного в известняково-доломитовом производстве (ИДП) ОАО «ММК» можно показать перспективность и выгоду применения полного утилизационного цикла, направленного на выработку электроэнергии.

Анализ баланса потребления пара энергоцеха ИДП в течение года показал, что избыток пара в летнее время составляет 12 т/ч, потребляемая электрическая мощность непосредственно энергоцехом составляет в летнее время 950 кВт, а в зимнее время 1220 кВт.

Для более эффективного использования энергии пара после котлов-утилизаторов предлагается установить турбогенератор типа ТГ 1,25 А/0,4 Р13/2,5 калужского турбинного завода, который при подводе 30 т/ч сухого насыщенного пара с абсолютным давлением 1,2 МПа, температурой не ниже 1870С и противодавлением 0,3 МПа будет вырабатывать 1250 кВт электрической мощности. В летнем режиме работы энергия пара, идущая на деаэрацию, может быть использована для дополнительной выработки электроэнергии с помощью еще одного турбогенератора ТГ 0,5 А/0,4 Р13/3,7, который при работе на сухом насыщенном паре с абсолютным давлением 1,2 МПа, противодавлении 0,3 МПа и расходе в 12 т/ч будет вырабатывать около 500 кВт электрической мощности. Принципиальная схема использования пара в ИДП после реконструкции приведена на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Принципиальная схема потребления пара энергоцеха ИДП

(после реконструкции)

 

1-вращающиеся печи; 2-котел-утилизатор КУ-60; 3-РОУ 9/4; 4-подогреватель ПП-32-IV-7; 5-деаэратор ДА-200; 6-подогреватель ПП-53-IV-7; 7- бак хим. очищенной воды; 8-водогрейный котел КВГМ-30; 9-свеча; 10- дымовая труба; 11-турбина типа «Р»

 

Реконструкция схемы электроснабжения позволяет высвободить КТП №2 с двумя трансформаторами по 1600 кВА и значительно сократить расход электроэнергии из сети. Расчеты показали, что срок окупаемости от внедрения двух турбогенераторов составит не более 1,3 года.

Применение малой энергетики требует определенной реконструкции системы электроснабжения. Возникает ряд технических проблем, связанных с ограничением возможных токов к.з., обеспечением селективности действия релейной защиты, обеспечением динамической устойчивости генераторов при к.з. в распределительной сети 10 (6) кВ, повышением качества электроэнергии. Возможны два режима работы генераторов малых электростанций: параллельный с энергосистемой и автономный - на специально выделенную нагрузку.

Параллельный режим работы способствует повышению качества электроэнергии, это относится в особенности к таким показателям, как частота, уровни и колебания напряжения, симметрия напряжения и токов по фазам статора генератора. В автономном режиме поддержание требуемых показателей качества электроэнергии часто бывает затруднено. В параллельном режиме возможна продажа избыточной электроэнергии другим потребителям.

Однако, параллельный с энергосистемой режим работы генераторов характеризуется большими токами к.з. на шинах РУ 10(6) кВ, что требует реконструкции сети 10(6) кВ, релейных защит, дополнительных капитальных затрат. На практике необходимо предусматривать возможность работы в обоих режимах.

 

 








Дата добавления: 2015-12-29; просмотров: 1603;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.022 сек.