Блог
Комбинированная парогазовая установка на базе трансформатора тепла с инжекцией пара в газовый тракт
Решение совмещает лучшие показатели как ПГУ бинарного типа (высокие КПД и тепловую экономичность, электрическую и тепловую мощности), так и цикла STIG с впрыском пара в газовый тракт (высокие мощности, паровое охлаждение проточной части газовой турбины, экологическую чистоту; исключается потеря воды с энергетическим паром).
В отличие от известной установки «Водолей» («Машпроект», город Николаев, Украина, 1986-1998 годы), охлаждение и конденсацию парогазовой смеси (ПГС) осуществляют в поверхностном КТУ, установленном за котлом на стыке с газоходом и включённом в замкнутый контур испарителя одноступенчатого абсорбционного бромистолитиевого трансформатора тепла (АБТТ). Создаётся замкнутый водопарогазовый контур с минимальными потерями тепла и воды вовне.
Ожидаемый КПД заявленной установки превысит расчётный КПД прототипа и лучших аналогов (45—50 %) на 2-4 % и составит 47-54 %, что даст соответствующее повышение мощности или снижение расхода топлива.
В летний период включают контур «конденсатор (К) — абсорбер (А) — градирня (или вентиляторный, воздушный конденсатор)» и настраивают АБТТ на работу в режиме холодильной машины (АБХМ) с температурами воды 12/7 °С и в контуре «К-А» 28/36 ± 3 °С (вход/выход). В зимний период включают контур «К-А» с автономными теплообменниками для нагрева конденсата, сетевой воды и дутьевого воздуха и настраивают АБТТ на работу в режиме теплового насоса (АБТН) с температурами воды в контуре испарителя 30/25 ± 3 °С и в контуре «К-А» в пределах от 30/60 до 60/90 °С (вход, а также выход).
Преимущества данного решения: снижение (почти на два порядка) расхода энергии на собственные нужды; утилизация тепла ПГС в зимний период; уменьшение эксплуатационных и капитальных затрат на обработку циркуляционной воды, обслуживание оборудования и пр. Ожидаемый КПД установки превысит расчётный КПД прототипа и лучших аналогов 45-50 % на 2-4 % и составит 47-54 %, что даст соответствующее повышение мощности или снижение расхода топлива.
Область применения — ПГУ малой и средней мощности с внешней тепловой нагрузкой в зимний период при температуре теплоносителя до 90 °C. В случае избыточного тепла в контуре «К-А», оно сбрасывается в градирню или воздушный конденсатор.
Мини-ТЭЦ в контуре ORC-модуля с тепловым насосом
Предложение относится к малой и средней энергетике, в особенности к децентрализованной, к энергокомплексам, генерирующим электрическую энергию по органическому циклу Ренкина (ORC) на низкокипящих энергоносителях, НКЭ, а тепловую энергию — с помощью тепловых насосов. Генератор АБТН включён в контур котла, а испаритель — в контур конденсатора ORC – модуля; КТУ в газоходе котла (или КЭ в составе котла), как это показано на рисунке.
Решение позволяет реализовать различные режимы, конфигурации схемы, выбрать тип котла: твердотопливный, многотопливный, термомасляный (с нагревом до 300 °C, например, для терминола) или водогрейный (до 150 °C, для пентана, бутана и т.п.), а топливо, в принципе, любое, в том числе древесные отходы (ДО). Предусматривается байпасирование отдельных элементов схемы, например, КТУ (в зимнее время).
Проанализирована расчётная модель объекта — мини-ТЭЦ с термомасляным котлом на базе ORC-модуля фирмы Turboden 10 HR, Therminol 66, тепловой мощностью 5,54 МВт, холодильной — 4,4 МВт. Для модуля выбран АБТН-4000В на горячей воде «Теплосибмаш», который хорошо вписывается в контур. В результате ГУ сэкономлено 1,4 МВт тепла, применения АБТН — 4 МВт (его холодильная мощность). Общее количество утилизированного тепла Qут = 5,4 МВт. Экономия только на тепле (ДО) — около 15 млн рублей в год.
Получены диапазоны параметров (температурный напор 28,5-36 °C, поверхность нагрева F = 370-490 м2) и оптимальные режимы с минимальными значениями F и максимальными Qут.
ГУ и АБТН в сочетании обеспечивают низкую себестоимость отпускаемых тепла и электричества, рентабельность проекта. Охлаждение конденсатора в контуре испарителя АБТН вместо воздушных охладителей экономит капитальные и эксплуатационные затраты, производственные площади и пр., оно надёжнее и стабильнее и не зависит от погодных условий, а работа ТЭЦ в целом получается экономичнее, эффективнее.
Особенно перспективно использование мини-ТЭЦ как автономного независимого надёжного и экономичного источника энергоснабжения любых объектов на различном (местном) топливе, в частности, удалённых труднодоступных (хозяйственных промышленных объектов, посёлков и пр. в малонаселённых территориях), что крайне актуально для Российской Федерации.
Предложение относится к малой и средней энергетике, в особенности к децентрализованной, к энергокомплексам, генерирующим электрическую энергию по органическому циклу Ренкина (ORC) на низкокипящих энергоносителях, НКЭ, а тепловую энергию — с помощью тепловых насосов. Решение позволяет реализовать различные режимы, конфигурации схемы, выбрать тип котла.
Система глубокой утилизации тепла продуктов сгорания
На Западе отопительные конденсационные котлы получили массовое применение. Они оборудуются хвостовыми поверхностями с конденсационными экономайзерами (КЭ), при температуре обратной сетевой воды (с графиком отопления 70/40 °C), как правило, ниже ТР, при этом обеспечивается глубокое охлаждение и утилизация тепла ПС. В России, где температура обратной воды, как правило, выше ТР, глубокая утилизация возможна с помощью теплового насоса.
Область применения — станционные энергетические и промышленные, а также крупные водогрейные котлы, в том числе котлы-утилизаторы (например, в составе ПГУ) с высокой Qк от 3035 Гкал/ч) и стабильной нагрузкой (коэффициент использования мощности КИМ = 0,5-0,7). Узел ГУ — конденсационный экономайзер (КЭ) — последняя по ходу газов секция хвостовых поверхностей в конвективной шахте котла (рис. 1) либо КТУ в газоходе непосредственно за котлом (рис. 2). Теплообменник ГУ включён в замкнутый контур испарителя АБТН, а теплоотводящий (для потребителя — греющий) контур АБТН «абсорбер (А) — конденсатор (К)» — в тепловую сеть с котлом. Конструкция камеры КТУ (рис. 2) с разделительной перегородкой обеспечивает компактность, снижает теплопотери и материалоёмкость по сравнении с традиционным обводным байпасным каналом.
Схема позволяет реализовать любой возможный режим: 1 — штатный (с АБТН и узлом ГУ); 2 — с догревом воды (из контура «А-К» в котле); 3 — без догрева (с подачей сетевой воды потребителю из контура «А-К»); 4 — без АБТН (с подачей в узел ГУ обратной холодной воды, когда её температура ниже ТР, при этом АБТН отключается).
Отвод ПС из камеры сгорания генератора АБТН в газовый тракт за каплеуловителем (рис. 1) повышает температуру уходящих газов и позволяет обойтись без байпасирования.
Для Qут = Qхол 4 МВт (АБТН-4000 «Теплосибмаш») оценочно при значении КИМ = 0,8 и КПД замещённого котла 0,9, экономия за год газа составит около 3,3 млн м3, что при цене газа 5 руб/м3 даст более 16 млн рублей. Реализация всего проекта системы ГУ (ТЗ, ТЭО, ПИР, СМР, ПНР, оборудование, САР и пр.) обойдётся в сумму порядка 32 млн рублей. Срок окупаемости — около двух лет.
Данные разработки в определённой мере рассчитаны на перспективу. Но уже сейчас жёсткая экономия топлива является требованием дня. В частности, для обширных регионов РФ (Западная Сибирь, Дальний Восток, Чукотка, Архангельская, Вологодская и ряд других областей), где доставка топлива в эти районы возможна лишь в рамках северного завоза, стоимость которого очень высока.
Реализация проектов откроет перспективы создания отечественного конденсационного станционного котла (наиболее рациональный вариант — с КЭ), тиражирования и модернизации котлов и котельных при проектировании новых и реконструкции действующих, внедрения систем на большом числе объектов.
Описание технологии термомасляной установки
Проектом предусматривается установка одного или несколько термомасляных нагревателей. На нагревателях устанавливаются горелки на разных видах топлива.
На нагревателе предусматривается установка группы безопасности. Проверка исправности действия предохранительного клапана должна производиться по графику проверки исправности оборудования эксплуатирующей организацией.
В первичном контуре устанавливаются циркуляционные насосы.
Для компенсации температурного расширения теплоносителя устанавливается расширительных бак. Бак оснащается оборудованием: аварийный запорный клапан с пневмоприводом; система защиты теплоносителя инертным газом; уровнемер.
Также предусматривается установка отбора проб.
Автоматическое поддержание необходимой температуры во вторичный контурах осуществляется с помощью трехходовых клапанов.
Циркуляция теплоносителя, поддержание температуры в вторичном контуре обеспечивается установкой в составе которой входят: ручные запорные клапаны; грязеуловитель; трехходовые клапаны с пневмоприводами; позиционер 4..20мА; насос; манометры; сливные клапаны; теплообменник; магнитный клапан; обратный клапан; концевые выключатели. Данной установкой предусматривается два режима работы: режим нагрева и режим охлаждения.
Режим нагрева осуществляется по следующей схеме: с помощью циркуляционного насоса вторичного контура теплоноситель через байпас теплообменника поступает в технологическую установку. Регулирование потока теплоносителя (через теплообменник или через байпас) происходит с помощью трехходового клапана. Автоматическое поддержание необходимой температуры в технологической установке происходит с помощью трехходового клапана.
Режим охлаждения осуществляется по следующей схеме: с помощью циркуляционного насоса вторичного контура теплоноситель проходит через теплообменника, в нем охлаждается до нужной температуры, а затем поступает в технологическую установку. Регулирование потока теплоносителя (через теплообменник или через байпас) происходит с помощью трехходового клапана. Автоматическое поддержание необходимой температуры в технологической установке происходит с помощью трехходового клапана.
Таким же образом происходит регулирование и подача теплоносителя на другие контуры технологических установок.
Заполнение и последующая подпитка теплоносителем системы предусматривается из дренажного бака, с помощью заполнительно-откачивающего насоса.
Слив теплоносителя из системы осуществляется самотеком в дренажный бак. Также слив системы можно осуществить с помощью заполнительно-откачивающего насоса.
Для защиты теплоносителя от окисления и проникновения водяного пара из атмосферы предусматривается система защиты теплоносителя инертным газом. В качестве инертного газа используется азот. В состав системы защиты входят: перепускные клапаны; обратные клапаны; запорные клапаны; приборы КИП; станция понижения давления азота предназначена для присоединения к стандартным баллонам с азотом; предохранительный клапан.
Для непрерывного сбора летучих компонентов (фракций) теплоносителя и водяного пара предусматривается конденсатосборник.
Все поверхности с температурой выше 45°С покрываются изоляцией.
В низших точках на трубопроводах необходимо установить дренажи.
В высших точках на трубопроводах установить воздушники.
В местах проходов трубопроводов через строительные конструкции устанавливаются гильзы из негорючих материалов, сопряженные стыки заделываются материалом с пределом огнестойкости пересекаемой строительной конструкции. Края гильз должны быть на одном уровне с поверхностями стен, но на 30 мм выше поверхности чистого пола котельной. Заделку зазоров и отверстий в местах прокладки трубопроводов предусматривают из негорючими материалами.
Сварные соединения по ГОСТ 5264-80, ГОСТ-16037-80 катеты сварных швов принимать по наименьшей толщине свариваемых деталей, электроды Э-42, ГОСТ 9467-75.
Запорную и регулирующую арматуру предусматривать с классом герметичности А.