|
| |
|
Главная -> Экология
Способы устранения дисбаланса си. Переработка и вывоз строительного мусораКузнецов Ю.В., профессор РГППУ; Шведов В.П., зам.гл.энергетика по энергосбережению ОАО «Первоуральский новотрубный завод; Кузнецов М.Ю., Токарев И.В., инженеры Электроэнергия – преобладающий вид энергии, используемый практически во всех промышленных установках по производству сжатого воздуха. Во многих системах по производству и потреблению сжатого воздуха имеются значительные, зачастую неиспользованные, возможности экономии энергии, например, путем снижения давления, уменьшения утечек, оптимизации работы компрессорных станций за счет правильного выбора системы регулирования и управления, рекуперации тепловой энергии и др. [1]. Однако имеется другой путь значительной экономии энергии на стадиях ее преобразования от исходной энергии топлива в энергию сжатого воздуха, если использовать в качестве привода компрессора любой из тепловых двигателей – двигатель внутреннего сгорания, газовую или паровую турбину. В этом случае необходимость в производстве и транспортировке электроэнергии отпадает. На Первоуральском новотрубном заводе, как и на подавляющем большинстве промпредприятий, эксплуатируются центробежные компрессоры К-250 различных модификаций выпуска 60–80 гг. прошлого столетия. Эти компрессоры морально (проект серии машин 50–60 гг.) и физически (30 лет предельный срок эксплуатации по регламенту завода-производителя) устарели, и сейчас возникла острая необходимость в их замене. Доля электроэнергии, потребляемой заводскими компрессорными установками, составляет около 26% от общего потребления электроэнергии, а расход тепла на отопление ГВС, приобретаемого от ТЭЦ, 300 тыс. Гкал/год. Плановое обновление парка компрессоров с прямым приводом от теплового двигателя экономически целесообразно, так как позволяет снизить получаемые со стороны энергоносители. В самой идее работы воздушных компрессоров с приводом от теплового двигателя ничего нового нет. Например, паровые турбины традиционно вращают мощные воздушные компрессоры специального назначения: компрессоры кислородных блоков К-1500-62-5 (паровая турбина К-9-35-1) и К-3000-61-1 (ВКВ-18-1); доменные компрессоры К-3250-42-1 (АКВ-12-V) и К-5500-42-1 (ВКВ-21-1). Небольшие мобильные воздушные компрессоры, предназначенные для ремонтных работ, бурения, пескоструйной обработки поверхностей и других целей, имеют дизельный привод мощностью от 10 до 125 кВт. Некоторые из таких установок имеют на валу дополнительный электрогенератор мощностью от 5 до 10 кВт, т.е. производят два вида энергии: пневмоэнергию (основная) и электроэнергию (дополнительная). Такие передвижные компрессоры можно отнести к когенерационным установкам. Развитие в настоящее время систем когенерации на базе газовых двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок обеспечило значительный выигрыш в общем энергетическом КПД. Применительно к работе компрессорных установок или мощных насосных установок с приводом от теплового двигателя, когенерация есть производство механической и тепловой энергии от одного первичного источника энергии. Роль первичного двигателя для стационарных компрессоров общего назначения мощностью на валу до 4 МВт могут выполнять газовый двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (ГДВС) и газотурбинная установка (ГТУ). В табл. 1 показаны основные технические характеристики когенерационных установок на базе ГДВС и ГТУ. Сравним эксплуатационные характеристики газопоршневых и газотурбинных установок, рассматриваемых в качестве привода компрессоров общего назначения. 1. Для мощности на валу до 4,0 МВт газопоршневые когенерационные установки имеют наивысший КПД преобразования подведенной теплоты (или общий КПД) и наилучший эффективный КПД из всех тепловых двигателей [2]. 2. ГДВС имеют широкую линейку моделей по выходной мощности от 5 кВт, в то время как у ГТУ линейка начинается от 2,4 МВт через значительные интервалы по мощности. 3. Эффективность работы ГДВС при снижении нагрузки от 100 до 50% снижается незначительно; КПД газовой турбины при разгрузке до 50% уменьшается почти в три раза [3]. Эффективная разгрузка ГДВС представляет идеальный способ снижения производительности компрессоров изменением числа оборотов, имеющих менее эффективные способы регулирования [2]. 4. ГДВС может запускаться и останавливаться неограниченное число раз, что не влияет на общий моторесурс двигателя. 100 пусков газовой турбины уменьшают ее ресурс на 500 часов. Пусковой период небольшой газовой турбины составляет 15...17 минут, а у мощной, свыше 50 МВт, до 2 часов; у ГДВС – 2…3 минуты. 5. Давление газа в сети для ГДВС не превышает в основном 0,2 МПа, реже 0,4 МПа; давление подачи газа для ГТУ минимум 0,6…1,0 МПа, для чего необходима подкачивающая газовая компрессорная станция со всеми вытекающими экономическими последствиями. 6. Ресурс до среднего и капитального ремонта у ГДВС значительно выше, чем у ГТУ – табл. 2. Стоимость капитального ремонта газовой турбины с учетом ее дорогих запчастей значительно выше, чем ГДВС, и выполняется только на заводе-производителе. 7. Удельные капиталовложения (Евро/кВт) в производство электрической и тепловой энергии ГДВС ниже, чем ГТУ. Например, стоимость собственно ГДВС до 4,0МВт не превышает 300 Евро/кВт, а ГТУ на 2,4 МВт составляет 500 Евро/кВт. К перечисленному выше следует добавить значительный уровень низкочастотного шума у газопоршневых двигателей и высокочастотного у газовых турбин. Отмеченные выше достоинства и недостатки двигателей для привода воздушных компрессоров говорят в пользу применения газопоршневых двигателей, хотя использование газовых турбин в этом качестве не исключается. Приведем далее технико-экономический анализ системы когенерации пневмо- и тепловой энергии на базе газопоршневого двигателя. Предварительно сравним комбинированное производство тепловой и электрической энергии на ТЭЦ и на газопоршневой когенерационной установке. Коэффициент использования топлива, его еще называют «общий КПД», принимаем для ТЭЦ равным 50% (наилучшее значение 65%) и для ГДВС – 70% (наилучшее значение 90%). Для получения одного и того же количества полезной энергии на ТЭЦ с паровыми турбинами необходимо затратить на 40% больше природного газа, чем для получения того же количества энергии на ГДВС. Производство 1 кВт*ч механической энергии на валу ГДВС, соединенного с воздушным компрессором, исключит потери, связанные с переброской электроэнергии на большие расстояния с многочисленными преобразованиями по напряжению и достигающие 5…20% от передаваемой мощности. Сюда следует добавить потери в электроприводе компрессоров – в синхронных электродвигателях от 4 до 6%, в асинхронных электродвигателях от 6 до 8%. Когенерационную установку для производства пневмо- и тепловой энергии составим на базе газового двигателя ГД-90 с системой утилизации отработанного тепла СУОТ-500 (предприятие ЗАО «Волгодизельмаш–Урал») и турбокомпрессорного агрегата ТКА 80/9 (предприятие ОАО «Дальэнерго» г. Хабаровск). Номинальный удельный расход электроэнергии на производство сжатого воздуха современными компрессорными установками составляет в среднем 95 кВт*ч/1000 м3. В условиях эксплуатации этот показатель ухудшается до 115–120 кВт*ч/1000 м3 из-за нарушения теплового режима эксплуатации, неэффективного регулирования производительности и других причин. Стоимость 1 кВт*ч электроэнергии для промышленного потребления колеблется в широких пределах в зависимости от тарифов, устанавливаемых РЭК в регионе или от цены на оптовом рынке. Принимая в среднем стоимость электроэнергии 0,85 руб./кВт*ч, получим для номинального режима работы компрессоров 95*0,85~81 руб./1000 м3 сжатого воздуха. Реальная стоимость в 1,5 раза выше благодаря многочисленным накладным расходам. Например, на трубных заводах Свердловской области себестоимость сжатого воздуха за истекший 2005 г. составила: на ОАО «СинТЗ» г.К.-Уральский 120 руб./1000 м3, на ОАО «ПНТЗ» г.Первоуральск – 140 руб./1000 м3. Себестоимость производства сжатого воздуха когенерационной установкой ниже заводской в 4,5 раза, а тепловой энергии – в 2,4 раза. Срок окупаемости инвестиций с учетом проектных, монтажных и пусконаладочных работ не превышает 1,8 года и, что особенно важно, при этом обновляется парк устаревших компрессоров. Если даже предусмотреть, что эксплуатационные показатели современных турбокомпрессоров выше по изотермическому КПД, удельному расходу электроэнергии на сжатие, более эффективной системы регулирования, то срок окупаемости по их установке выйдет за пределы 8–10 лет. Литература 1. Кузнецов Ю.В., Кузнецов М.Ю. Сжатый воздух. Екатеринбург: УРО РАН, 2003. 2. Нагнетатели и тепловые двигатели /В.М.Черкасский, Н.В.Калинин, Ю.В.Кузнецов, В.И.Субботин. – М.: Энергоатомиздат, 1997. 3. Газотурбинные установки. Конструкции, расчет: Справочное пособие / Под общей редакцией Л.В.Арсеньева и В.Г.Тарышкина. – Л.: Маш-е. Ленингр. отд-ние, 1978.
Г-н Торбен Кинде, менеджер по развитию бизнеса Grundfos A/S В настоящее время многие старые сети централизованного теплоснабжения и соответствующие источники тепла сталкиваются со значительными трудностями. Особенно в системах на базе крупных установок возникают затруднения, связанные с тем, как правильно подавать воду в отдельные здания, добиваясь сокращения теплопотерь и расхода энергии, потребляемой насосами. В этой статье описаны преимущества и недостатки четырех способов решения проблем дисбаланса. Дисбаланс в системе может привести к серьезным и порой критическим последствиям. По большей части дисбаланс возникает в результате того, что в различные здания подается разное количество тепла, а поэтому температура в разных помещениях тоже разная. Рисунок 1 иллюстрирует ситуацию, когда мы имеем разные варианты температуры в разных отапливаемых помещениях. Рис 1. Как возникает дисбаланс? Дисбаланс может возникнуть просто потому, что насосы расположены далеко от ввода в здание. Чем дальше расположены насосы, тем выше разность давлений. См. рис. 2. Рис. 2 Оптимизация работы на источнике тепла Есть много способов оптимизировать работу на источнике тепла. В этом разделе рассмотрены различные варианты - так легче выбрать то решение, которое вам подходит. Будут рассмотрены все преимущества и недостатки каждого решения с учетом потребления энергии и расхода тепла. При установке нового насоса можно выбрать четыре способа: • Установка повысительного (бустерного) насоса в зданиях с недостаточным расходом (потоком) воды • Установка клапанов автоматического регулирования давления во всех зданиях • Установка смешанных контуров в отдельных зданиях • Установка тепловых пунктов в отдельных зданиях 1. Повысительные насосы Если повысительные насосы устанавливают в зданиях с недостаточным расходом, то это решает только часть проблем. К тому же это приводит к росту потребления энергии. Когда повысительные насосы устанавливают для увеличения производительности, расход в системе также увеличивается. В результате растет температура в обратном трубопроводе. Более того, насосы следует устанавливать, на общий расход и напор минус давления в месте присоединения. См. рис. 3. Если выбран этот вариант, невозможно регулировать температуру отопления в каждом отдельном здании. Рис. 3 2. Клапаны автоматического регулирования давления Выбор правильной схемы установки клапанов автоматического регулирования давления во всех зданиях обеспечит баланс во всей системе. Однако чаще всего при этом возникает необходимость повышения давления, что увеличивает расход энергии на основные насосы. Если выбрана эта альтернатива, очень важно, чтобы клапаны были установлены правильно. В противном случае имеется большой риск, что система будет работать неравномерно. См. рис. 4. В этом случае индивидуальное регулирование температуры в подающем трубопроводе на отдельные здания невозможно. Рис. 4 3. Смешанные контуры Создание смешанных контуров в отдельных зданиях обеспечивает баланс системы, кроме того этот метод дает и другие преимущества. Одна из сильных сторон смешанного контура -- это то, что такой способ предоставляет возможность комбинировать одно- и двухтрубные системы отопления. В то же время это позволяет регулировать уровень температуры в отдельных зданиях. Уровень температуры, поступающий от источника подачи тепла можно повысить, а обратную температуру понизить (увеличивая разность температур). Увеличение разности температур означает снижение расхода в основной системе, а следовательно, и снижение напора для основных насосов. См. рис. 5. Установка смешанных контуров также позволяет применять количественное регулирование в основной системе (главный контур), также как и в двухконтурных отопительных системах (дополнительный контур). Это также позволяет установить насос с регулируемой скоростью, что обеспечивает энергосбережение. См. рис. 6. Рис. 5 Рис.6 4. Тепловые пункты Установка тепловых пунктов в отдельных зданиях дает помимо баланса системы много других преимуществ. При установке теплового пункта происходит полное отделение отопительной системы здания от распределительной сети. Другими словами, это не только позволяет сочетать одно- и двухтрубные отопительные системы, но и обеспечивает лучшее качество воды. Кроме того, это позволяет регулировать температуру в отдельных зданиях. Температура теплоносителя от источника тепла, может быть увеличена, а обратная температура понижена (увеличение разности температур). Как и в случае со смешанными контурами, увеличение разности температур означает снижение расхода в основной системе. Также снижается напор для основных насосов См. рис. 7. Рис. 7 Кроме того, установка тепловых пунктов позволяет применять количественное регулирование в основной системе (главный контур) и в двухтрубной отопительной системе (вторичный контур). Таким образом, возникает возможность установки насосов с регулируемой скоростью, что обеспечивает сбережение энергии. См. рис. 8. Рис. 8 Сравнение На таблице 1 вы ознакомитесь с особенностями всех четырех вариантов. Эта таблица поможет вам сравнить преимущества и недостатки каждого из них. Резюме Самый дешевый способ — установка повысительных (бустерных) насосов или клапанов давления. Это решение устраняет только часть проблем с дисбалансом и не позволяет регулировать температуру в отдельных зданиях. Более дорогой способ — установка смешанного контура. Смешанный контур обеспечивает баланс в системе. Это также позволяет менять расход в основной системе, а также в двухтрубной отопительной системе. Поэтому возникает возможность установки насосов с регулируемой скоростью, что снижает эксплутационные расходы за счет снижения потребления электроэнергии. Установка тепловых пунктов имеет те же преимущества, что и установка смешанных контуров, но для них требуется больше места, и этот способ более дорогой. Кроме того, установка тепловых пунктов обеспечивает разделение воды в главной и вторичной системах, что улучшает качество воды в главной системе. За дальнейшей информацией обращайтесь: Grundfos A/S All.: Mr. Torben Kynde Nielsen Рои! Due Jensens Vej 7 DK-8850 Bjerringbro Тел: +45 8750 1400 Tkynden@grundfos.com
Глава 8. Минпромэнерго вернулось кэнергосбережению. Энергосбережение. Новая страница 1. Глава 10. Главная -> Экология 
|