Научная статья на тему 'Преимущества газификации: замена электрических парогенераторов газовыми котлами'

Преимущества газификации: замена электрических парогенераторов газовыми котлами Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
175
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГАЗИФИКАЦИЯ / GASIFICATION / ПАРОГЕНЕРАТОР / STEAM GENERATOR / РАСХОД ПАРА / STEAM FLOW RATE / РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ / POWER CONSUMPTION / СНИЖЕНИЕ ЗАТРАТ / ENERGY COST REDUCTION

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Слесаренко Илья Вячеславович, Киссок Джон Келли, Гульков Александр Нефедович

Представлены результаты энергетического и экономического анализа процесса газификации предприятия, связанного с заменой электрических парогенераторов на котельные агрегаты, работающие на природном газе. Рассмотрены особенности расчета процессов энергетического производства на предприятии с учетом изменения графика потребления технологического пара. Определены условия использования газовых парогенераторов, способствующие росту экономической эффективности предприятия.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Слесаренко Илья Вячеславович, Киссок Джон Келли, Гульков Александр Нефедович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ADVANTAGES OF GASIFICATION: REPLACEMENT OF ELECTRIC STEAM GENERATORS WITH NATURAL GAS STEAM BOILERS

The results of the energy and economic analysis of the gasification process associated with the replacement of steam generators with the electric boiler running on natural gasat random facility have been presented. The calculations of steam production and consumption have been specified in terms of specific schedule of the facility. The terms of an efficient use of steam generators, contributing to the growth of cost efficiency of the facility have been described.

Текст научной работы на тему «Преимущества газификации: замена электрических парогенераторов газовыми котлами»

- © И.В. Слесаренко, Д.К. Киссок,

А.Н. Гульков, 2014

УЛК 621.181

И.В. Слесаренко, Д.К. Киссок, А.Н. Гульков

ПРЕИМУЩЕСТВА ГАЗИФИКАЦИИ: ЗАМЕНА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ ГАЗОВЫМИ КОТЛАМИ

Представлены результаты энергетического и экономического анализа процесса газификации предприятия, связанного с заменой электрических парогенераторов на котельные агрегаты, работающие на природном газе. Рассмотрены особенности расчета процессов энергетического производства на предприятии с учетом изменения графика потребления технологического пара. Определены условия использования газовых парогенераторов, способствующие росту экономической эффективности предприятия.

Ключевые слова: газификация, парогенератор, расход пара, расход электроэнергии, снижение затрат.

На промышленных предприятиях часто для производства водяного пара на технологические нужды используются электрические котлы, даже если природный газ доступен потребителю. Анализ использования энергии на паровых электрических котлах является особенно актуальным, если пар потребляется на предприятии неравномерно, но по определенному графику, в зависимости от вида технологических процессов. Также, оценка эксплуатационных расходов энергохозяйства может быть важна, если поставка на предприятие природного газа становится доступной в тех регионах, где это не было ранее возможно. Поэтому исследование вопроса использования на предприятиях газовых котлов вместо электрических котлов для производства технологического пара является одним из направлений энергосбережения [1, 2].

Метод исследования (практический пример) Для производственного процесса на рассматриваемом промышленном объекте необходим пар высогоко давления. Потребление пара с различным расходом вп производится циклами, при этом каждый цикл длится в среднем 1 час 30 минут, и происходит один раз в неделю. Количество циклов составляет 15 циклов в месяц, 12 месяцев в году, что суммарно

дает 270 часов в год (Тц). В каждый день недели, когда производится цикл, предприятию может срочно быть нужен пар, для чего давление пара в этот день должно поддерживаться 24 чеса в сутки, 7 дней в месяц, 12 месяцев в году, в общем количестве 2016 часов в год (Тг).

Для выполнения такого графика была применена система (рис. 1), состоящая из двух электрических генераторов (ЭПГ), мощность каждого из которых составляет 180 кВт, и тепловые аккумуляторы с автоматической системой подачи пара (АСПП). Номинальное давление пара, производимого системой составляет 720 кПа.

Альтернативный вариант аналогичной системы (рис. 2) предусматривает использование одного парогенератора, работающего на природном газе (ГПГ) вместо двух ЭПГ. Преимущество ГПГ заключается в том, что он может производить необходимое количество пара в аналогичном режиме работы, но с меньшей стоимостью тонны произведенного пара. Кроме того, газовые парогенераторы в меньшей мере нуждаются в техническом обслуживании.

Рис. 1. Рассматриваемая система с ЭПГ и АСПП

Рис. 2. Альтернативная система с ГПГ и АСПП

Анализ технологических процессов

Прежде всего необходимо определить норму потребления пара на предприятии. В данном примере норма рассчитывается, учитывая, что система с ЭПГ уже реализована. Однако, в ином случае, норма потребности в паре может быть указана руководством предприятия, имеющим дело с производственным процессом, либо проектировочной группой, при строительстве нового объекта.

Для решения задачи, характерной для имеющейся системы с ЭПГ, персоналу, обслуживающему систему с парогенераторами необходимо измерить характеристику тока одного из ЭПГ в период производства пара для цикла работы, и в период поддержания давления пара. В данном примере приведена реальная характеристика тока парогенератора указанной мощности на рассматриваемом предприятии. В цикле работы ЭПГ ток составил в среднем около 122 А, а в режиме поддержания давления пара, в среднем, ток равнялся примерно 25 А (рис. 3).

Рис. 3. Пример снятой характеристики тока ЭПГ мощностью 180 кВт

Номинальное напряжение ЭПГ составляет Цф = 240 В на фазе. Измеренный коэффициент мощности на фазе составил около 0,94. Таким образом, среднее потребление мощности Рц одного ЭПГ в цикле работы:

Рц = 0,94 1цх Цф х V 3 = 47,7 кВт

Среднее потребление эдектроэнергии одного парогенератора в режиме поддержания давления Рпд составит:

Рпд = 0,94 1пдх Цф х V 3 = 9,8 кВт

Согласно данным из спецификации ЭПГ мощностью 180 кВт, номинальная производительность парогенератора Gn составляет 370 кг пара в час, а номинальные потери (AGn) пара — 3 кг в час. Отсюда, эффективность ЭПГ

Пэ = (Gn - AGn) ) / Gn х 100 % = 99,2 %.

Таким образом, рассматриваемая альтернативная схема с применением газового парогенератора, должна удовлетворять пиковую потребность в отребляемом предприятием паре G^k, которую обеспечивает текущая система

G^ = Go /пэ = 373 кг/час.

Сокращение расхода электроэнергии при переходе на газ равно

АШэ = N [Рц х Тг + Рпд х (Тг - Тц)] = 59 980 кВтч/год,

где N - количество ЭПГ в системе, подключенных параллельно.

Учитывая, что в средняя стоимость электроэнергии Цэ на предприятии составляет 4,5 руб./кВтч, годовая экономия электрожнергии составит

АЗэ = Цэ х АШэ = 269910 руб.

Из данных таблицы свойств воды и водяного пара, энергия парообразования (латентная энергия пара) гп составляет около 2060 кДж/кг, что в пересчете на удельные расход пара дает дп = 1,75 кг/кВтч.

Годовая потребность в паре (Gnr) на предприятии составляет

G™- = АШэ х gn = 104650 кг.

Используя для расчета значение удельной теплоты парообразования (гп), получим, что необходимое количество пара в энергетическом эквиваленте составляет

Шп = G^ х Гп = 215580 МДж в год.

Для достоверности расчета примем значение КПД газового парогенератора Пгпг минимальным, то есть не более 85 %.

Если принять удельную энергию одного кубометра природного газа QF = 34 МДж/м3, то годовое потребление газа составит

Gr = (Шп / (пгпг х Qr) = 7460 м3.

Предполагая, что средняя стоимость газа (Цг) для предприятия составляет около 4,5 руб/м3, годовая стоимость потребленного газа составит: ДЗг = Пг х а = 33570 руб.

Суммарная годовая экономия за счет газификации составит: ДЗ = ДЗэ - ДЗГ = 269910 - 33570 = 236340 руб. Оценка срока окупаемости проекта При расчете приведенной стоимости внедрения альтернативного газового парогенератора и использовании данных из каталогов типового оборудования, необходимо принимать в рассчет стоимость оборудования у поставщика, контрактную стоимость, учитывающую приблизительную прибыль поставщика, налоговую стоимость, и делать поправку на форсмажорные обстоятельства, связанные с внезапными дополнительными затратами. В частности, при рассчете покупки импортного оборудования, таже необходимо вулючать таможенную стоимость, стоимость доставки и страхования в пути [3].

Дополнительно должны учитываться стоимость работы по установке, и затраты на вспомогательные материалы (например, инструменты, трубы, фитинги и т.п.). В табл. 1 приведен расчет затрат (Згпг) на поставку, монтаж и наладку газового парогенератора [4]. Стоимость валюты условно принята для расчета в соотношении $1 = 35 руб.

Таблица 1

Рассчет приведенных затрат на установку ГПГ

1,275 Gas-Fired Boiler (Газовый Парогенератор, Кол.: 1) Стоимость единицы

Стоимость агрегата 14300 $

Контрактная стоимость (+30 %) 18590 $

Налоги (5,75 %) 822 $

Поправка на форс-мажор (5 %) 715 $

Импорт и транспорт (15 % от контрактной стоимости) 2789 $

Страховка при транспортировке (5 % от контрактной) 930 $

Всего (включено выделенное): 834584 руб.

Затраты на раб. силу и доп. оборудование (15 %) 125188 руб.

Итого: 959771 руб.

Рис. 4. График анализа 6-годового экономического цикла проекта

Стоимость контракта включает добавленную стоимость и прибыль поставщика.

Срок окупаемости при внедрении газового парогенератора составит:

То = Згпг /АЗ х 12 ~ 49 месяцев.

Учитывая, что оборудование прослужит исправно в течение 6 лет, и беря в рассчет приведенные затраты, норма прибыльности будет равна около 35 %, При этом ежегодное удорожание энергии составляет 2,8 % (рис. 4).

Выводы

1. Замена электрических парогенераторов на газовые является экономически оправданной.

2. При доступности электроэнергии и газовых сетей необходима экономическая оценка эксплуатационных расходов альтернативных систем энергоснабжения предприятия.

3. Приведенный пример рассчета является практически реализуемым, и особенно важным в тех случаях, когда поставки газа в тот или иной район становятся доступными промышленным потребителям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Industrial Boilers and Heat Recovery Steam Generators. Design, Applications, and Calculations, V.Ganapathy. 2003, p.113

2. Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters. 2013, p.50-55 (Chapter 3 — 3.1)

3. Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences: 2nd Edition. Yunus A. Cengel, Robert H. Turner. 2009, p.120-126.

4. 2012 RS Means Cost Data and 2013 RS Means City Cost Indexes. 2012, Equipment number: 23 52 23.20 3280. EШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Слесаренко Илья Вячеславович - аспирант Инженерной школы Дальневосточного федерального университета, slesarenkoi1@udayton.edu, Гульков Александр Нефедович - доктор технических наук, профессор, зав кафедрой Нефтегазового дела и нефтехимии Дальневосточного федерального университета, alexdvgtu@mail.ru,

Джон Келли Киссок — профессор, глава Департамента механики, аэрокосмического машиностроения и возобновляемой энергии университета Дейтона, kkissock@udayton.edu.

ADVANTAGES OF GASIFICATION: REPLACEMENT OF ELECTRIC STEAM GENERATORS WITH NATURAL GAS STEAM BOILERS

Slesarenko I. V., Graduate Engineering school Delnevo-waste Federal University, slesarenkoi1@udayton.edu,

GulkovA.N., Doctor of Technical Sciences, Professor, head of chair Petroleum and petrochemical industry of the far Eastern Federal-aqueous University, alexdvgtu@mail.ru, John K.K., Professor, head of the Department of mechanics, aerocosmic-ical engineering and renewable energy at the University of Dayton kkissock@udayton.edu.

The results of the energy and economic analysis of the gasification process associated with the replacement of steam generators with the electric boiler running on natural gasat random facility have been presented. The calculations of steam production and consumption have been specified in terms of specific schedule of the facility. The terms of an efficient use of steam generators, contributing to the growth of cost efficiency of the facility have been described.

Key words: steam generator, steam flow rate, power consumption, gasification, energy cost reduction.

REFERENCES

1. Industrial Boilers and Heat Recovery Steam Generators. Design, Applications, and Calculations, V.Ganapathy. 2003, p.113.

2. Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters. 2013, p.50-55 (Chapter 3 — 3.1).

3. Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences: 2nd Edition. Yunus A. Cengel, Robert H. Turner. 2009, p.120-126.

4. 2012 RS Means Cost Data and 2013 RS Means City Cost Indexes. 2012, Equipment number: 23 52 23.20 3280.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.