Дахин С.В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях

110

конденсатор при отключении регенеративных ПВД. Газотур-

бинная установка выполняется по простой схеме без регенера-

ции теплоты и промежуточного охлаждения. Схема ПГУ до-

пускает автономную работу ПТУ и ГТУ с независимым изме-

нением нагрузки. Мощность ГТУ в циклах с промежуточным

перегревом составляет 30 – 40 % мощности ПТУ.

В ПГУ с котлами-утилизаторами (КУ) без промперегре-

ва в паросиловой части цикла (рис. 31) пар из котла-

утилизатора поступает непосредственно в цилиндр среднего

давления (ЦСД) паровой турбины. Температура выхлопных

газов ГТУ колеблется обычно от 430 до 500

0

С, что позволяет

получить в котле-утилизаторе пас р давлением 4,0 – 4,4 МПа и

температурой 400 – 460

0

С. При мощности ГТУ, равной 200 %

мощности ПТУ, снижение удельного расхода топлива состав-

ляет 10 – 15 % по сравнению с ПТУ тех же начальных пара-

метров [44].

ЭГ – электрогенератор; К – компрессор; ГТ – газовая турбина;

КС – камера сгорания; ПТ – паровая турбина; КУ – котѐл-

утилизатор; К-р – конденсатор; Н - насос

Рис. 31. Простейшая тепловая схема ПГУ с КУ [45]

111

Как перспективное направление по снижению удельно-

го расхода теплоты на выработку электроэнергии, потребление

природного газа и высококачественного жидкого топлива рас-

сматриваются ПГУ с внутрицикловой газификацией угля [46].

Принципиальная схема такой установки представлена на рис.

32.

Газификация угля производится либо на воздушном ду-

тье за счѐт использования части воздуха, сжимаемого ком-

прессором ГТУ, либо на кислородном дутье от дополнитель-

ного кислородного компрессора. В зависимости от способа га-

зификации теплота сгорания газа на воздушном дутье состав-

ляет (4 – 7)∙10

3

кДж/кг, на кислородном составляет (11 –

13)∙10

3

кДж/кг.

1 – компрессор; 2 – ГТ; 3 – ПТ; 4 – конденсатор; 5 - газогене-

ратор; 6 – система очистки газогенераторного газа; 7 – КС

ГТУ; 8 – электрогенератор; 9 – КУ; 10 – топливо

Рис. 32. Схема ГТУ с внутрицикловой газификацией угля

Установка может быть выполнена с высоконапорной

паропроизводящей установкой или котлом-утилизатором (кот-

112

лы-утилизаторы более подробно будут рассмотрены в п. 6.2.).

Газ после газогенератора (ГГ) содержит твѐрдые частицы угля

и золы, смолистые и газообразные (в т.ч. сернистые) соедине-

ния, оказывающие коррозионное и эрозионное воздействие на

проточную часть ГТУ. Для очистки генераторного газа приме-

няется энергетически не эффективная холодная, мокрая про-

мывка, приводящая к большой потере теплоты. Удельный рас-

ход теплоты в ПГУ данного типа на 15 – 20 % больше, чем в

предыдущих схемах ПГУ, что объясняется потерей теплоты

при холодной промывке (в том числе за счѐт конденсации па-

ров, содержащихся в газе), механическим уносом, тепловыми

потерями при загрузке газогенератора и удалении шлака, хи-

мическими потерями (образование H

2

S и NH

3

).

С вопросами о целесообразности разработки энергети-

ческих регенеративных ГТУ для создания на их основе ГТУ-

ТЭЦ, предложениями по расчѐту удельных расходов топлива

на электроэнергию и теплоту, расходов электроэнергии на

собственные нужды ГТУ с утилизацией теплоты выхлопных

газов турбины и ПГУ утилизационного типа можно ознако-

миться в [47, 48].

Тригенерация

Как правило, под тригенерацией понимается преобразо-

вание топлива одновременно в три полезных энергетических

продукта: электроэнергию, теплоту (горячую воду или пар) и

холод (охлажденную воду). По сути тригенерационная система

представляет собой когенерационную систему, в которой часть

теплоты используется для охлаждения воды при помощи аб-

сорбционной холодильной системы.

На рис. 33 и 34 сравниваются два подхода к производ-

ству охлажденной воды: при помощи компрессора с электро-

приводом и в рамках тригенерационной системы, при помощи

абсорбционной холодильной системы с использованием бро-

мида лития. Как показано на схеме, утилизируется как теплота

113

Рис. 33. Раздельное производства электроэнергии и теплоты/холода [13]

114

Рис. 34. Комбинированное производства электроэнергии, теплоты и холода [13]

115

выхлопных газов, так и теплота высокотемпературного конту-

ра системы охлаждения двигателя. Необходимая гибкость в

системах тригенерации может быть достигнута за счет резерв-

ных (пиковых) мощностей – компрессорных холодильных ус-

тановок и работающих за счет непосредственного сжигания

топлива резервных водогрейных котлов. Одноступенчатые аб-

сорбционные холодильные установки на бромиде лития могут

использовать в качестве источника энергии горячую воду с

низкой температурой (вплоть до 90 °C), тогда как двухступен-

чатым абсорбционным системам на бромиде лития необходи-

мо тепло при температуре около 170 °C. Это означает, что ис-

точником энергии для них, как правило, служит пар. Односту-

пенчатая абсорбционная система на бромиде лития способна

охлаждать воду до температуры 6 – 8 °C и имеет коэффициент

преобразования около 0,7, тогда как коэффициент преобразо-

вания двухступенчатой системы составляет около 1,2. Это оз-

начает, что такие системы обеспечивают мощность охлажде-

ния, равную 0,7 – 1,2 мощности, получаемой от источника те-

плоты.

В случае тригенерационной системы на двигателе внут-

реннего сгорания могут использоваться как одноступенчатые,

так и двухступенчатые системы. Однако, поскольку двигатель

производит теплоту в виде выхлопных газов и охлаждающей

воды, одноступенчатая система является более предпочти-

тельной, поскольку она позволяет утилизировать больше теп-

лоты, использовав его в абсорбционной холодильной установ-

ке.

Основным преимуществом тригенерационной системы

является производство того же количества энергоресурсов за

счет значительно меньшего количества топлива, чем в случае

раздельного производства электроэнергии и теплоты.

Гибкость системы тригенерации, которая способна ис-

пользовать утилизируемую энергию для теплоснабжения во

время холодного сезона (зимой) и холодоснабжения во время

теплого сезона (летом) позволяет увеличить продолжитель-

116

ность времени, в течение которого система может работать с

максимальной эффективностью, что отвечает как интересам

собственника, так и соображениям охраны окружающей среды

(рис. 35).

А – двигатель 1; В – двигатель 2; С – закупки; D - компрессор-

ная холодильная система; E - котлы

Рис. 35. Оптимизация работы предприятия в течение года за

счет тригенерации [13]

117

6.2. Особенности энергосбережения

в высокотемпературных теплотехнологиях

Промышленный теплотехнологический комплекс явля-

ется одним из основных потребителей ТЭР. Только одни вы-

сокотемпературные теплотехнологические системы по уровню

прямого потребления топлива конкурируют с ТЭС страны. В

тоже время эти системы харектеризуются низким КПД топли-

воиспользования (часто не превышающим 15 – 35 %), а также

исключительно большим потенциалом экономии топлива. Так,

повышение среднего КПД топливных печей страны в 2 раза

приведѐт к годовой экономии топлива, примерно в 35 – 40 раз

превышающей экономию топлива при производстве электро-

энергии на ТЭС страны [49].

6.2.1. Способы устранения загрязнений на поверхностях

нагрева

В отходящих газах топок котлов и высокотемператур-

ных технологических агрегатов имеются частицы уноса мате-

риалов, которые находятся в твѐрдом, жидком, парообразном

состоянии и способны загрязнять поверхности нагрева техно-

логических аппаратов, существенно снижая эффективность их

работы [49].

При условии T

ог

/T

пл

>1 (T

ог

– температура газов за рабо-

чей камерой, T

пл

- температура плавления материала) преоб-

ладающая часть уноса находится в парообразном состоянии.

Когда T

ог

/T

пл

>1, основная часть уноса находится в твѐрдом

состоянии. Характеристики уноса в отходящих газах топок

котлов и технологических агрегатов приведены в табл. 6.

В газах, поступающих в конвективные поверхности

котлов-утилизаторов и воздухоподогревателей, частицы уноса,

находящиеся в твѐрдом и парообразном состоянии, образуют

упрочнѐнные отложения.

118

Таблица 6

Характеристики уноса в отходящих газах топок и промышленных печей

Агрегатное

состояние уноса

В основном жидкое

и парообразное

В основном

парообразное

Жидкое, твѐрдое,

парообразное

Твѐрдое

В основном

парообразное

В основном

твѐрдое

Топки котлов при пылеугольном сжигании топлива и сухом шлакоудалении:

Твѐрдое

Температу-

ра газов,

0

С

1600 - 1800

1600

1250 - 1300

800 – 850

1600

1400

1000 – 1050

1050 - 1100

Содержа-

ние час-

тиц, %

65 – 75

5 - 10

80 – 90

30 – 45

Около 100

78

40

35

8

45

6

Размеры

частиц, мкм

Менее 10

Более 100

Менее 1

Менее 10

Десятки и

сотни

Менее 7

Менее 40

Более 60

Менее 40

Более 100

Менее 40

Более 100

Содержа-

ние уноса,

г/м

3

30 – 40

200 – 300

30 – 40

150 -250

15 – 27

15 – 85

40 – 50

25 - 30

Агрегат и процесс

Мартеновские печи при

продувке кислородом

Сталеплавильные кисло-

родные конвертеры

Отражательная плавка

цветных металлов

Шлаковозгоночные печи

цветной металлургии

Электропечи

Печи для обжига глины на

шамот

при сжигании бурых углей

при сжигании тощих углей

и антрацитов

119

Для очистки поверхностей нагрева от загрязнений при-

меняются обдувочные устройства, дробеочистка, виброочист-

ка, импульсная очистка. Эффективность очистки поверхно-

стей нагрева с помощью указанных устройств определяется

коэффициентом изменения аэродинамического сопротивления

газового тракта котла-утилизатора

Дахин С.В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях

Подождите немного. Документ загружается.