Автономные источники электросабжения на основе паровых и газовых турбин малой мощности

  Преимущества  когенератора:  

- единовременный прием (наброс) 100%-ной нагрузки, в то время как у газопоршневого агрегата (ГПА) существует жесткое ограничение не более 15 — 25 %;

- автоматическая синхронизация с сетью (у ГПА требуется внешний синхронизатор);

- встроенная защита генератора (у ГПА требуется специальное внешнее устройство);

- отсутствует дрейф частоты; - возможность работы в течение длительного времени при очень низких нагрузках (у ГПА существует ограничение не менее 30 — 50 %);

- возможность работы на низкокалорийных топливах с минимальной концентрацией метана 30 % (у ГПА — 60 — 65 %);

- ресурс до капитального ремонта в среднем в 2,5-4 раза выше (40 — 60 тыс. против 15 — 20 тыс. ч).

- более высокая надежность вследствие отсутствия большого количества трущихся вращающихся и других частей, таких как поршни, распределительные и коленчатые валы, клапаны и др.;

- затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию в 1,5 — 6 раз ниже (0,3-1 центов за 1 кВт ч против 1,5 — 2 у ГПА);

- номенклатура требуемых во время технического обслуживания запасных частей примерно на порядок меньше;

- интервал между техническими обслуживаниями около 8 тыс. против 750 — 1500 ч у ГПА;

- интервал между заменой масла в газовой турбине 24 тыс. против 750 — 1000 ч у ГПА;

- уровень эмиссии по NOх 8 — 20 раз ниже (25 против 200 — 500 ppm)

- низкий уровень вибраций 

 

   Рис. 3.3 Принцип работы МТУ в режиме когенерации и тригенерации 

Тригенерация

Это комбинированное производство электричества, тепла и холода. Холод вырабатывается абсорбционной холодильной машиной посредством утилизации тепла выхлопных газов турбины. Принцип действия абсорбционных холодильных машин (АБХМ) основан на том, что вода в условиях вакуума испаряется при низких температурах и при испарении уносит тепло от воздуха системы кондиционирования. В абсорбционных солодильных машинах раствор бромистого пития (LiBr) — очень сильный абсорбент воды - поглощает пар, переносящий тепло охлаждающей воды, превращаясь в разбавленный раствор, который откачивается в генератор, где выпаривается, нагреваясь от горячего пара, воры, выхлопных газов и т.п. Концентрированный раствор LiBr возвращается в абсорбер, а водяной пар направляется в конденсатор, чтобы процесс повторился.  

Параллельно с сетью

В этом режиме микротурбинная установка вырабатывает электрический ток, синхронизированный с сетью по напряжению и частоте.  

Автономно

Автономный  режим характеризуется работой микротурбинной установки независимо от сети в качестве основного источника энергии. В этом режиме выходная мощность определяется потребителем, параметры электрического тока настраиваются в соответствии с потребностями нагрузки по напряжению и частоте. Устройство для автономной работы включает преобразователь энергии, координирующий работу блока аккумуляторных батарей (АКБ). Он имеет зарядное устройство и производит необходимые соединения между основной системой управления и блоком АКБ. Запуск и работа микротурбины осуществляются в автоматическом режиме.  

Двойной режим

(автономно  и параллельно с сетью)

В этом режиме микротурбина подключена к местной сети и, по желанию потребителя, может быть переключена в автономный режим работы. Переключение может производиться в ручном режиме и автоматически, через контроллер двойного режима фирмы Capstone.

В одиночном режиме или в кластере из нескольких турбин (параллельная работа нескольких установок).

Варианты  размещения микротурбин:

— на открытой площадке, в легковозводимом погодном укрытии;

— в отдельном здании/сооружении; — в основном здании объекта, внутри помещения;

  — на крыше/кровле здания;

— в блочно-модульном исполнении для температурных условий от -60 до +50'С. 
 
 
 

4 Паровые турбогенераторы 

    4.1 Общие сведения  

Большая часть производственных и производственно-отопительных котельных промышленных и муниципальных предприятий оборудована паровыми котлами производительностью 10 — 25 т/ч насыщенного или слабо-перегретого пара давлением 1,4 МПа. Применение парового турбоагрегата в собственной котельной позволяет:

• значительно сократить количество закупаемой у предприятий РАО "ЕЭС России" электроэнергии (вплоть до полного самообеспечения);
• уменьшить заявленную мощность;
• полнее компенсировать реактивную мощность своих электроустановок, используя синхронный генератор турбоагрегата.

 

  Устанавливаемые на нулевой отметке здания котельной  блочные турбогенераторы, предназначены  для выработки электроэнергии с дальнейшим использованием отработавшего пара для технологических и отопительных нужд. Конструктивно установки выполнены в виде компактных блоков 100 %-ной заводской готовности, состоящих из противодавленческой турбины, электрогенератора и редуктора, размещенных вместе с вспомогательным оборудованием на общей раме-маслобаке, и отдельно устанавливаемого оборудования.

  В состав турбогенераторов входят циркуляционная система маслоснабжения, локальная гидродинамическая система автоматического регулирования и аварийной защиты турбины, система управления и защиты генератора. Задатчики регуляторов допускают ручное управление и обеспечивают дистанционное или автоматическое управление установкой. Турбогенераторы комплектуются синхронными генераторами типа СГ2 Сафоновского электро-машиностроительного завода с выведенной силовой нейтралью и воздушным охлаждением. Турбогенераторные установки характеризуются:

• высокой надежностью (период непрерывной работы — не менее 5000 ч);
• длительным сроком службы (25 лет) и большим ресурсом (100 000 ч);
• значительным межремонтным периодом (не менее 5 лет);
• минимальным объемом монтажных и пусконаладочных работ;
• малыми эксплуатационными затратами;
• простотой обслуживания и нетребовательностью к уровню подготовки обслуживающего персонала;
• умеренной ценой при коротком (1,5 — 2 года) сроке окупаемости;
• наличием системы послепродажного обслуживания.

 

    4.2 Паровые винтовые машины  

    Прогрессивность идеи винтовых машин заключается  в неизменно направленном (вращательном движении рабочих органов машины. Отсутствие в паровой винтовой машине (ПВМ) деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, позволяет использовать высокие скорости вращения ротора, что обеспечивает получение относительно высокой производительности при небольших габаритах, что в свою очередь предопределяет большую экономию в весе и размерах.

  Установка предназначена для производства электроэнергии в паровых, в водогрейных отопительных, производственных и производственно-отопительных котельных, работающих на любом виде топлива и вырабатывающих пар давлением не ниже 6 — 13кгс/см любого качества, в том числе насыщенный высокой влажности. Она также применяется в качестве приводов силовых механизмов (насосов всех назначений, вентиляторов воздуха котлов, дымососов и др.).  

  

   

  Рис. 4.1 Паровая винтовая машина 

  Установка ПВМ представляет собой винтовой паровой расширитель (маркировка РПВ-02М), являясь, по существу, безлопаточной компактной паровой турбиной с противодавлением. Она создана на базе корпуса, который содержит ведущий и ведомый роторы в виде шнеков (винтов). Роторы находятся в зацеплении через шестерни связи, исключающие касание роторов друг с другом во время работы. Турбина оснащена встроенным редуктором, системой смазки, включая масляный бак, насос и цилиндрический маслоохладитель.

Свежий  пар поступает через входной патрубок на корпусе в входные окна, расположенные с одного торца корпуса. Проходя по винтовому каналу между зубьями шнеков, пар, расширяясь, преобразует тепловую энергию в механическую, плавно вращая роторы. На конце вала редуктора укреплена муфта, с помощью которой вырабатываемая энергия передается обслуживающему механизму. Отработавший пар удаляется через выходные окна и патрубок и поступает в технологический цикл производства и подогреватели воды в качестве греющей среды.

   При выработке электроэнергии РПВ комплектуется электрогенератором (асинхронным или синхронным) и в этом случае маркируется как ПВМ-ЭГ.

Ниже  приведены основные технико-экономические показатели РПВ-02 М:

Располагаемая мощность, кВт…………….200

Номинальная мощность, кВт……………...200

Давление пара, кгс/см2:

  на входе……………………………………14 - 6

  на выходе……………………………………5 - 1 
Максимальный расчетный расход пара  
(при Рвх= 14 кгс/см2

и Рвых=5кгс/см2), т/ч……………………..……...6 
Расчетный внутренний КПД……………0,65 – 0,7  
Частота вращения, мин^(-1)…….…….1500 (3000)

Напряжение, В………………………………….380 
Частота, Гц……………………………………….50 
Расчетный ресурс

до капитального ремонта, ч……………..…..30000

Габаритные размеры, м……………..2,85х0,75х1,2

Масса с рамой, т……………………..…………..2,5

Расход охлаждающей воды, м3/ч…………….....0,5

Температура воды, 'С…………………………….25

Вместимость маслобака, м3……………………0,90

Продолжительность использования масла

при нормальной эксплуатации, ч……………..4600

Срок окупаемости, лет, не более………..…0,9 - 1,5

  Технические преимущества и особенности работы РПВ-02 М по сравнению с лопаточными турбинами:

• высокий внутренний КПД в широком диапазоне нагрузок;
• высокая эксплуатационная надежность при использовании пара любого качества, в том числе высоковлажного;
• большой ресурс вследствие отсутствия эрозионного и механического износа винтовых
• роторов, а также наличия механизма разгрузки упорных подшипников от чрезмерных осевых усилий;
• вращающиеся в противоположные стороны роторы обеспечивают уравновешенную работу машины и небольшие силовые воздействия на фундамент;
• малые габариты и масса позволяют установить турбину в существующем здании котельной без сооружения массивного фундамента;
• простота конструкции обеспечивает высокую ремонтопригодность и быструю замену изношенных деталей.

 

    

 

    Рис. 4.2 Конструктивная схема установки (ПВМ – ЭГ) 

    В таблице приведены наиболее часто  встречающиеся параметры пара: давление на впуск ПВМ, давление на выпуске, потребление (расход) пара и мощность, которую  можно реально получить с помощью ПВМ. 

    Таблица 4.1 Параметры пара: давление на впуске ПВМ

Давление  впуска, ата	Давление выпуска, ата	Расход пара т/час	Мощность, кВт
12	2	5 – 24	320 – 1500
12	8	20 – 40	350 – 700
30	2	4 – 20	400 – 1900
10	3	8 – 36	330 – 1540
10	6	15 – 30	310 – 620
8	6	16 – 32	170 – 340
6	2	5 – 24	200 – 910