Применение когенерационной установки для котельной с котлами «POLIKRAFT» DUOTHERM-2500, расположенной в городе Выкса Нижегородской области
Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №17(110)
Рубрика: Технические науки
![](https://nauchforum.ru/themes/mix_and_match/images/logo.jpg)
Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №17(110)
Применение когенерационной установки для котельной с котлами «POLIKRAFT» DUOTHERM-2500, расположенной в городе Выкса Нижегородской области
Аннотация. В данной работе производится оценка эффективности когенерационной установки при проектировании отопительной котельной с водогрейными с котлами «POLIKRAFT» DUOTHERM-2500, расположенной в городе Выкса Нижегородской области. Для этого необходимо сопоставить различные типы когенерационных установок, выбрать когенерационную установку и произвести корректировку тепловой схемы для котельной с котлами «POLIKRAFT» DUOTHERM-2500, расположенной в городе Выкса Нижегородской области.
Ключевые слова: когенерация; когенерационная установка; котельная; ТЭЦ.
1. Понятие «когенерация» и когенерационные установки
Когенерация - это комбинированное производство тепла и электроэнергии. На электростанции с применением технологии когенерации топливо используется для получения двух форм энергии - тепловой и электрической. Когенераторные электростанции более эффективны в сравнении с электростанциями производящими только электрическую энергию. Применение когенерации в значительной степени сокращает затраты на приобретение топлива.
Когенерационные установки представляют собой технологическое оборудование, используемое для совместного производства электро- и тепловой энергии. В качестве топлива для когенерационных установок может использоваться газ — природный, коксовый, биогаз, попутный нефтяной газ (ПНГ) и т.д. [3].
Рисунок 1. Схема работы когенерационной установки
В когенерационной установке имеются 4 основных узла: газопоршневой двигатель внутреннего сгорания, электрогенератор, система утилизации тепла, система управления [4].
2. Сопоставление различных типов когенерационных установок
2.1 Мини-ТЭЦ с противодавленческой паровой турбиной:
Экономический выигрыш у таких турбин обусловлен тем, что в конденсационных установках скрытая теплота парообразования теряется, а здесь используется для бытовых и промышленных потребителей [1, с.12].
Рисунок 2. Мини-ТЭЦ с противодавленческой паровой турбиной
1-паровой котёл; 2-турбина; 3-теплообменник; 4-насос; 5- пароперегреватель.
2.2 Мини-ТЭЦ с конденсационной турбиной:
Паровая турбина, в которой рабочий цикл заканчивается конденсацией пара, а одним из главных преимуществ конденсационной турбины является возможность получения в одной установке большой мощности (до 1200 МВт и более). На всех крупных тепловых и атомных электростанциях для привода электрических генераторов применяются такие турбины. Кроме того, они применяются в качестве главных двигателей на кораблях, а также для привода доменных воздуходувок и т. д. [1, с.12].
Рисунок 3. Мини-ТЭЦ с конденсационной паровой турбиной
1-паровой котёл; 2-турбина; 4-насос; 5- пароперегреватель; 6-конденсатор.
2.3 Мини-ТЭЦ с теплофикационной паровой турбиной:
Теплофикационная турбина- паровая турбина для одновременного получения электрической и тепловой энергии. У теплофикационной турбины с противодавлением весь отработавший пар идет на технологическиецели. В теплофикационной турбине с регулируемым отбором часть пара отводится и промежуточных ступеней, а остальной пар направляется в конденсатор [1, с.13].
Рисунок 4. Мини-ТЭЦ с теплофикационной паровой турбиной
1-паровой котёл; 2-турбина; 3-теплообменник; 4-насос; 5- пароперегреватель; 6-конденсатор.
2.4 Мини-ТЭЦ с газопоршневым агрегатом:
Поршневые двигатели, используемые в энергосистемах, обладают эффективностью в части генерации электроэнергии. Но создание когенерационных систем на базе поршневых двигателей осложнено рассеиванием тепловой энергии,а также пульсирующим характером потока отходящих газов (с температурой на уровне 400 °С) [1, с.14].
Рисунок 5. Мини-ТЭЦ с газопоршневым агрегатом
1-газопоршневой агрегат; 2, 3-теплообменники.
2.5 Мини-ТЭЦ с газовой турбиной:
Газотурбинная установка - силовая установка, состоящая из газовой турбины и механизмов, обеспечивающих ее работу. Вместо производства электричества, механическая энергия турбины может использоваться для работы насосов, компрессоров и т.п. [1, с.14].
Рисунок 6. Мини-ТЭЦ с газовой турбиной
1-воздушный компрессор; 2-газовая турбина, 3-камера сгорания; 4-дожимающий компрессор; 6-газо-водяной теплообменник.
2.6 Мини-ТЭЦ с парогазовой турбиной:
Парогазовая установка содержит два отдельных двигателя: паросиловой и газотурбинный. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. С выхода газовой турбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор [1, с. 15].
Рисунок 7. Мини-ТЭЦ с парогазовой турбиной
1-воздушный компрессор; 2-газовая турбина, 3-камера сгорания; 4-дожимающий компрессор; 6-газо-водяной теплообменник.
3. Выбор когенерационной установки и корректировка тепловой схемы для котельной с котлами «POLIKRAFT» DUOTHERM-2500, расположенной в городе Выкса Нижегородской области
3.1 Выбор когенерационной установки
Самым оптимальным из поршневых установок являются газопоршневые когенерационные установки (мини-ТЭЦ). Актуальный диапазон электрической мощности, при котором целесообразно использовать газопоршневые когенерационные установки от 1 до 12 МВт [2, с.8].
Особенности газо-поршневых когенерационных установок:
- необходимое давление газа от 1 до 3 бар;
- рабочий диапазон единичного генератора от 50 до 100% номинальной мощности;
- ипоряд производимых агрегатов имеет четкие мощностные ступени;
- тепло снимается с системы утилизации в виде горячей воды до 100 градусов;
- время принятия нагрузки 2-3 минуты;
- наивысший электрический КПД около 40%;
По необходимой электрической мощности выбираем газопоршневую установку CATERPILLAR G3412.
Рисунок 8. Внешний вид когенерационной установки на базе поршневого двигателя
Таблица 1.
Технические характеристики CATERPILLAR G3412
Характеристика |
Единицы измерения |
Значения |
|
Номинальная электрическая мощность |
кВт |
280 |
|
Номинальное число оборотов двигателя |
об/мин |
1500 |
|
Тип |
4-х тактный |
||
Расположение цилиндров |
V-образно |
||
Количество цилиндров |
12 |
||
Степень сжатия |
9,7 |
||
Охлаждение |
водяное |
||
Максимальная температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя |
|
99 |
|
Температура выхлопных газов |
|
454 |
|
Габариты |
мм |
4543,1х 2235,8х 2466,4 |
3.2 Корректировка тепловой схемы для котельной с котлами «POLIKRAFT» DUOTHERM-2500, расположенной в городе Выкса Нижегородской области.
Газогенератарная установка может производить не только электрическую энергию, но и тепловую.
Теплоносителями являются дымовые газы, имеющие температуру 4500С, и охлаждающая двигатель жидкость, имеющая температуру 990С
Для утилизации теплоты дымовых газов предусматриваем установку котла утилизатора КУВИв. Водогрейные котлы – утилизаторы интенсифицированные серии КУВИв предназначены для утилизации теплоты отработавших газов когенерационных установок, работающих в составе мини-ТЭС или других объектов теплоэнергетики.
Подбор типоразмера котла утилизатора осуществляем по ориентировочному диапазону мощности установки, на которую может быть установлен утилизатор. Принимаем к установке КУВИв – 250.610.1250 (для установок мощностью от 250 до 700 кВт).
Рисунок 9. Котёл-утилизатор водогрейный КУВИв-250.610.1250
Определение параметров для расчёта водоподогревателя:
1. Температура нагреваемой воды:
- на входе в котёл-утилизатор t1н=700С
- на выходе из котла-утилизатора t1к =1050С
2. Температуру греющей среды (дымовые газы):
- на входе в котёл-утилизатор t2н =4500С.
3. Расход воды через водоподогреватель принимаем:кг/с
Расход дымовых газов согласно паспортным данным ГПА:кг/с
4. Количество теплоты, принимаемое жидкостью:
кДж/с (1)
5. Тогда температура дымовых газов на выходе из котла- утилизатора будет равна:
(2)
(3)
Для утилизации теплоты охлаждающей жидкости газопоршневой установки предусматриваем установку газоводяного теплообменника .
В теплообменнике будем подогревать природный газ.
Определение параметров для расчёта теплообменника:
1. Температура нагреваемого газа:
- на входе в теплообменник t1н=50С
- на выходе из теплообменника t1к =400С
2. Температуру греющей среды (вода):
- на входе в теплообменник t2н =990С.
3. Расход воды через теплообменник принимаем:кг/с
Расход дымовых газов согласно паспортным данным ГПА: кг/с
4. Количество теплоты, принимаемое природным газом:
кДж/с (4)
5. Тогда температура воды на выходе из теплообменника будет равна:
(5)
(6)
Принимаем к установке теплообменник 200ТПГ-2,5-М1/20Г-6-4-У-И
Рисунок 10. Теплообменник 200ТПГ-2,5-М1/20Г-6-4-У-И
Заключение:
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что когенерационные установки имеют больший ресурсный потенциал, а так же преимущества в надежности, диапазоне мощностных ресурсов.
Очевидным является и то, что монопольное владение электроэнергетическим рынком, подкрепленное технико-правовыми нормами и существующей практикой ставит российского промышленного, сельскохозяйственного и гражданского потребителя в безвыходное положение, вынуждая его к приобретению когенерацинных установок.
Благодаря меньшим денежным затратам на строительство, использование когенерационных установок положительно повлияет экономичность ресурсов.
Экологическая выгода от использования когенерационных систем так же является очевидной: их использование значительно уменьшает уровень выброса загрязняющих веществ в атмосферу.
![](/sites/default/files/publ_rinc.png)