CC BY
27
е
98
СИЛОВЫЕ АГРЕГАТЫ
POWER UNITS
5/Н (73) октябрь 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ
В современных условиях становления рыночных отношений в нашей стране все большее значение приобретает надежное и качественное обеспечение электроэнергией предприятий, организаций различных форм собственности, а также в ряде случаев - и населенных пунктов. О проблемах «большой энергетики» достаточно написано и сказано в различных технических статьях и научно-популярных публикациях. Поэтому все большую актуальность приобретают современные средства «малой энергетики».
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ УТИЛИЗАЦИИ С ДВС
А.В. РАЗУВАЕВ Е.А. СОКОЛОВА И.М. ВОРОНОВ Е.А. РАЗУВАЕВА
к.т.н., доцент, начальник лаборатории «Энергосбережение»
аспирант
аспирант
инженер, Балаковский институт техники технологии и управления
г. Балаково
С целью выявления путей повышения эксплуатационной экономичности работы ДВС рассмотрим уравнение его теплового баланса:
Оо = Ое + Оохл. + Оонв+ Ог + Ом+ Оост, где Оо - количество теплоты, введенное в двигатель с топливом;
Ое - теплота, эквивалентная эффективной работе ДВС;
Оохл - теплота, отведенная в систему охлаждения ДВС;
Оонв - теплота, отведенная охлаждающей среде в охладителе наддувочного воздуха,
Ог - теплота, отведенная с выпускными газами,
Ом - теплота, отведенная с маслом, Оост - теплота, отведенная от поверхности блока цилиндров самого ДВС, а также учитываются погрешности расчета статей теплового баланса.
Экспериментальные данные показывают, что эффективный к.п.д. установки с ДВС составляет 30...40 %, а отвод теплоты с выпускными газами и охлаждающей жидкостью составляет 35.48 %. Из этого следует, что использование на нужды объекта отводимую или «бросовой» теплоты от ДВС экономически целесообразно.
Повышение эффективности эксплуатации средств «малой энергетики» является использование при эксплуатации дизель-генераторов и газовых двигатель-генераторов систем когенерации, т.е утилизации отводимой теплоты выхлопных газов и охлаждающей жидкости. Получаемая «бросовая» теплота может быть использована для отопления, горячего водоснабжения или производственных нужд предприятия либо объекта. Общий вид одного из вариантов блока системы утилизации тепла представлен на рис 1, а в составе с газовым двигатель-генератором производства ОАО «Волжский дизель им. Маминых», установленного в г. Шахты на рис 2.
Как и во многих других случаях, использование газа в установках когене-рации позволяет сделать шаг вперед в создании новых, энергетически выгодных технологий. Поэтому не случайно в странах Европейского Союза доля газа
в топливном балансе установок когене-рации составляет 22,5 %, а в отдельных странах и еще выше: в Нидерландах 66 %, в Италии 38 %, в Соединенном Королевстве Великобритании 30 %. В США эта доля также очень значительна - 63 % .
Базой для этих установок может являться различный набор оборудования - поршневой газовый двигатель (или газотурбинный) с электрогенератором и устройством для утилизации теплоты вторичных энергоресурсов двигателя для получения горячей воды.
Основным преимуществом установок когенерации относительно установок раздельной выработки электрической и тепловой энергии является сокращение потерь энергии топлива. Сокращение потерь происходит как в самом процессе преобразования топлива в конечные энергоносители, так и в процессе транспортировки энергоносителей на более короткие расстояния, при выработке энергоносителей в точном соответствии с потребностью в них. Заметные преимущества имеют установки когенерации в экологическом плане: суммарные выбросы в атмосферу вредных компонентов от газовой турбины в составе установки ко-генерации всегда меньше выбросов этой же турбины и теплофикационного котла.
На производство 1 кВт.ч электроэнергии и 1,43 кВт.ч тепла в установке когенерации потребуется 2,85 кВт.ч газа, а при раздельном производстве - 3,49 кВт.ч, т. е. на 22 % больше. При этом выбросы ЫОХ сократятся на 36 %, а СО2 - на 18%.
Малая энергетика на основе поршневых ДВС при использовании газообразного или жидкого топлива, решая экологическую проблему, дает возможность без «шараханий» и «революционных скачков» [2] в короткие сроки обеспечить повышение надежности системы энергоснабжения городов и пригородов в районах, охваченных централизованным электротеплоснабжением (ЦЭТС), путем частичного резервирования в особые периоды, а также создать надежную автономную (локальную) местную децентрализованную систему энергос-
набжения в тех районах, где ЦЭТС отсутствует, или во вновь осваиваемых местах.
Преимущества [4] когенерации на базе газопоршневых электрогенераторных установок представляют особый интерес, и в частности для жилищно-коммунальных хозяйств. Например, использование таких установок позволяет уменьшить затраты на строительство коммуникаций (в 1,5-4 раза по сравнению с подведением централизованного тепла и электроэнергии), поскольку не требует подведения отдельно газопровода, электричества, водопровода с холодной и горячей водой, необходим только газопровод и водопровод с холодной водой. И, надо сказать, эти преимущества успешно используются в жилищно-коммунальных хозяйствах европейских стран. Например, в системе ЖКХ Чехии введен в эксплуатацию ряд газопоршневых агрегатов с утилизацией тепла, причем предпочтение отдается установкам мощностью около 500 кВт. Как правило, эти станции монтируют на базе старых котельных, из которых убирается старое оборудование. Поэтому тепло отпускается жителям близ лежащих домов, а электроэнергия - в централизованную сеть.
В качестве еще одной иллюстрации целесообразности применения комбинированных тепло - энергетических установок по выработки тепловой и электрической энергии можно привести пример использования опыта ряда зарубежных университетов [5] по независимому от национальной сети электроснабжению. Первая такая установка из трех двигателей Jenbacher на природном газе применена в университете Dundee, Шотландия. Установка интегрирована в энергосеть университета, обеспечивает более 98 % его потребления в электроэнергии и до 50 % годовой потребности в тепловой энергии. Суммарный к.п.д. теплоиспользования составлял до 74 %.
Кроме этого, в последнее время [4] проявляется повышенный интерес к газопоршневым установкам вследствие^
Ф
ЭКСПОЗИЦИЯ 5/Н (73) октябрь 2008 г.
СИЛОВЫЕ АГРЕГАТЫ
POWER UNITS 99
ужесточения экологических нормативов. Вследствие этого использование крупных промышленных электрогенераторных установок на жидком топливе потребовало дополнительных затрат на очистку выхлопных газов от вредных веществ. Но еще большее значение приобретают газопоршневые установки как утилизаторы попутных нефтяных газов, поскольку Киотским протоколом к Рамочной конвенции ООН об изменении климата введены четкие лимиты для всех промышленноразвитых стран — «установленные количества» на эмиссии парниковых газов, в список которых помимо СО2 включены еще пять парниковых газов, в том числе и метан.
Так в качестве примера эффективного применения газопоршневой установки с блоком утилизации тепла можно привести опыт эксплуатации ГДГ 90 мощностью 500 кВт, производства ОАО «Волжский дизель им Маминых», на предприятии ЗАО «Дон - Тэкс» г Шахты. На конец 2007 года наработка теплоэнергетического комплекса составляла 7800 часов.
Стоимость электроэнергии с учетом эксплуатационных затрат теплоэнергетического комплекса имела величину 0, 72 руб/кВтч. При этом стоимость электроэнергии от центральных сетей -2,7 руб/кВт ч, так, что экономия налицо. При выработке электроэнергии ГДГ 90 одновременно в блоке утилизации теплоты осуществляется отбор тепловой энергии от утилизации выпускных газов, охлаждающей жидкости, смазочного
масла и наддувочного воздуха (рис 2). Величина утилизированной тепловой энергии достигает 700 кВт. Утилизируемое от ГДГ 90 тепло используется в системе водоподготовки исходной воды и подогрев питательной воды котельной предприятия. Подогрев исходной воды в зимний период времени позволяет повысить эффективность работы системы химводоподготовки котельной на 1012%. При этом снижается расход соли и ионообменного материала для приготовления питательной воды. Существенно снижается эффект от утилизации тепловой энергии в летний период времени из-за отсутствия потребителей тепла, и в этих условиях значительный интерес представляет использование ГДГ-90 в составе абсорбционной бро-мистолитиевой холодильной машины «ОКБ ТЕПЛОСИБМАШ».
Теплоэнергетический комплекс расположен в 7 метрах от потребителя тепловой энергии, а значит и транспортные потери теплоты при этом минимальные, что и отличает такие установки от центральных длинных сетей.
Обслуживание теплоэнергетического комплекса ведет бригада подготовленных специалистов с механизмами материальной заинтересованности от результатов работы.
Если говорить о стратегическом развитии когенерационных установок в целом, то оно заслуживает достаточно пристального внимания по их применению на объектах различных форм собственности за счет эффективности их
применения, а также с учетом ограниченного запаса углеводородного топлива на планете и обеспечения энергобезопасности объекта. ■
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Замоторин Р.В. Малые теплоэлектроцентрали - поршневые или турбинные // Энергосбережение в Саратовской области. - 2001.- №2 (004)
2. Кривов В.Г., Агафонов А.Н. Предложения по созданию комбинированных малых теплоэлектроцентралей на базе поршневых и газотурбинных двигателей с утилизацией теплоты // Дви-гателестроение. - 1998. - № 2. С 3-5
3. Салихов А.А., Фаткуллин Р.М., Абдрах-манов Р.Р., Щаулов В.Ю. 0б опыте эксплуатации газопоршневых мини-ТЭЦ в ОАО Башкирэнерго // Электрические машины. - 2003. - № 11.
4. «Оборудование: рынок, предложение, цены» 2003. - № 5 (77). С 80 -84
5. Diezel & gas turbine worldwid, june, 2000
6. Разуваев А.В. Экономическая эффективность эксплуатации ДВС с системой утилизации тепла // Двигателе-строение. - 2000. - № 3. - С. 37-38.
7. Терехин А.Н., Слесаренко И.В., Горланов А.В., Пчельников Д.П., Разува-ев А.В. Перспективы развития автономных источников энергоснабжения на базе газопоршневых и газотурбинных двигателей // Двигателестроение. - 2007. - № 1. - С. 30-33.
Рис. 1 Общий вид одного из вариантов блока системы утилизации тепла
Рис. 2 Блока системы утилизации тепла в составе с газовым двигателем - генератором производства ОАО «Волжский дизель им. Маминых»
ООО « БАЛЭСКО»
г. Балаково тел (84-53) 44-77-36 тел/факс (84-53) 44-48-86, 46-44-43
E-mail: [email protected]
• Разработка и расчет схемы системы утилизации по индивидуальным параметрам объекта и энергетической установки, согласование технико - экономических показателей с заказчиком;
• разработка рекомендаций по монтажу и эксплуатации системы утилизации для эксплуатируемых и вновь вводимых энергоустановок;
• разработка проекта перевода энергоустановки на работу с системой утилизации тепла - создание когене-рационой установки;
• расчет необходимого оборудования для системы утилизации;
• изготовление и поставка заказчику необходимого оборудования для системы утилизации в том числе блочной компоновки.
