Мини-ТЭЦ на базе двигателей внутреннего сгорания (ДВС)
Эти мини-ТЭЦ конструируются на базе двигателей внутреннего сгорания, работающих по циклу Отто. В них, по ходу движения выхлопных газов после ДВС, смазочного масла и охлаждающей воды из «рубашки» корпуса ДВС, устанавливаются теплообменники-утилизаторы (рисунок 5). В этих аппаратах, для теплоснабжения потребителей предусматривается использование:
‒ теплоты выхлопных газов после ДВС,
‒ теплоты охлаждающей воды из «рубашки» корпуса ДВС;
‒ теплоты охлаждения смазочного масла.
Для мини-ТЭЦ с турбонаддувом также может использоваться теплота сжатого воздуха. Электроэнергия для потребителей вырабатывается генераторами ДВС. Электрическая энергия от генераторов ДВС может производится с напряжением 0,4 кВ или 6 (10) кВ.
Как правило, тепловая энергия от мини-ТЭЦ отпускается в виде нагретой сетевой воды с температурным потенциалом 90-105 ºС и применяется для отопления и горячего водоснабжения потребителей.
Расчёты показывают, что с 1 МВт электрической мощности мини-ТЭЦ получается до 1,5 МВт (1,29 Гкал/ч) тепловой мощности. Из них:
‒ 45-50 % от утилизации теплоты выхлопных газов.
‒ 44-34 % от использования теплоты охлаждающей воды из «рубашки» корпуса ДВС.
‒ 6-8 % от утилизации теплоты наддувного (сжатого) воздуха.
‒ 5-8 % от использования теплоты смазочного масла.
Электрический КПД мини-ТЭЦ на базе ДВС составляет, в среднем, 33-40 %. Общий коэффициент полезного действия (электрический + тепловой) для этих мини-ТЭЦ достигает 82-89 %.
Рис. 3.1– Принципиальная схема мини-ТЭЦ на базе ДВС.
1 – двигатель внуреннего сгорания (ДВС), 2 – генератор, 3 – теплообменник-утилизатор теплоты смазочного масла, 4 – теплообменник-утилизатор теплоты выхлопных газов после ДВС, 6 – теплообменники для олаждения сжатого воздуха, 7 – турбовоздуходувка, 8 – насосы, 9 – дымосос
На российском рынке представлены мини-ТЭЦ на базе двигателей внутреннего сгорания электрической мощностью от 9 кВт до 3,9 МВт и тепловой мощностью от 0,02 до 3,6 Гкал/ч.
Энергоблоки на базе ДВС поставляются в блочно-модульном исполнении для стационарной установки или в транспортабельных контейнерах. Кроме того, часто применяются специальные кожухи, поглощающие шум.
Основные производители энергетического оборудования для мини-ТЭЦ на базе ДВС в Российской Федерации и за рубежом, ведущие исследования в сфере освоения технологии:
Перечень основных разработчиков и производителей мини-ТЭЦ на базе ДВС, а также их основные технические характеристики приведены в табл. 3.1 и 3.2.
Таблица 3.1 – Основные разработчики и производители мини-ТЭЦ на базе ДВС
| Страна | Разработчик (производитель) | Стоимость оборудования, долл. США/кВт |
| Россия | ОАО «Звезда-Энергетика», ОАО «РУМО», ОАО ХК «Барнаултрансмаш», ОАО «Волжский дизель им. Маминых», ОАО «Эконефтегаз | 300-400 |
| Австрия | Jenbacher AG | 800–1300 |
| Германия | Deutz, MTU Friedrichshafen, MAN B&W Diesel | 800–130 0 |
| Словакия | Elteco GEN | 800–1300 |
| Италия | Spark Energy | 800–1300 |
| США | Caterpilar Inc, Tedom | 800–1300 |
| Великобритания | F.G.Wilson | 800–1300 |
| Финляндия | Wartsila Diesel | 800–1300 |
Таблица 3.2 – Основные технические характеристики мини-ТЭЦ на базе ДВС
| Тип установки | Электрическая мощность, кВт | Тепловая мощность, кВт (Гкал/ч) | КПД электриче- ский, % | КПД об- щий, % | Удель- ныйрасход топлива, м3/кВт•ч | Полный ресурс, тыс.ч |
| Jenbacher AG (Австрия) | ||||||
| JMS208GS-NL | 299 | 396 (0,341) | 38,1 | 88,4 | 0,277 | 200 |
| JMS212GS-NL | 495 | 659 (0,568) | 38,3 | 88,6 | 0,275 | 200 |
| JMS312GS-NL | 580 | 795 (0,685) | 37,8 | 89,6 | 0,277 | 200 |
| JMS316GS-NL | 776 | 1059 (0,912) | 38,0 | 89,8 | 0,277 | 200 |
| JMS320GS-NL | 973 | 1324 (1,141) | 38,1 | 89,9 | 0,276 | 200 |
| JMS420GS-NL | 1413 | 1505 (1,297) | 42,4 | 87,5 | 0,248 | 200 |
| JMS612GS-NL | 1644 | 1665 (1,435) | 43,0 | 86,6 | 0,244 | 200 |
| JMS616GS-NL | 2188 | 2249 (1,938) | 42,6 | 86,4 | 0,247 | 200 |
| JMS620GS-NL | 2734 | 2789 (2,404) | 42,8 | 86,5 | 0,246 | 200 |
| Deutz (Германия) | ||||||
| TBG616V8K | 337 | 442 (0,381) | 36,9 | 85,3 | 0,245 | 200 |
| TBG616V12K | 507 | 642 (0,553) | 37,7 | 85,4 | 0,280 | 200 |
| TBG616V16K | 678 | 556 (0,479) | 37,8 | 85,5 | 0,278 | 200 |
Продолжение таблицы 3.2
| TBG620V16K | 1365 | 1547 (1,333) | 40,2 | 85,8 | 0,262 | 200 | |
| TGG2020V16 | 1555 | 1638 (1,412) | 41,8 | 85,8 | 0,252 | 200 | |
| TGG2020V20 | 1949 | 2035 (1,754) | 41,1 | 85,1 | 0,256 | 200 | |
| TGG2032V12 | 2928 | 3160 (2,724) | 41,3 | 85,9 | 0,255 | 200 | |
| TGG2032V16 | 3916 | 4230 (3,646) | 41,4 | 86,2 | 0,254 | 200 | |
| Elteco GEN (Словакия) | |||||||
| KATJA23C | 16 | 40 (0,034) | 23,4 | 80 | 0,472 | н/д | |
| KATJA43C | 34 | 65 (0,056) | 27,5 | 80 | 0,386 | н/д | |
| KATJA12CA | 9 | 18 (0,015) | 26,4 | 82,2 | 0,39 | н/д | |
| KATJA23CA | 17 | 40 (0,034) | 24,4 | 81 | 0,444 | н/д | |
| KATJA43CA | 36 | 65 (0,056) | 29,2 | 81,6 | 0,365 | н/д | |
| PETRA200C | 152 | 264 ((0,228) | 33,2 | 82,1 | 0,333 | н/д | |
| PETRA380C | 308 | 442 (0,381) | 35,3 | 86 | 0,301 | н/д | |
| PETRA750C | 611 | 886 (0,764) | 35,4 | 86,4 | 0,295 | н/д | |
| PETRA1250C | 1013 | 1300 (1,12) | 37,6 | 85,9 | 0,282 | н/д | |
| ОАО «Звезда-Энергетика» (Россия) | |||||||
| Звезда ГП-315 | 315 | 400 (0,344) | 35,8 | н/д | 0,314 | 144 | |
| Звезда ГП-1160 | 1160 | 1410 (1,215) | 39 | н/д | 0,276 | 150 | |
| Звезда ГП-1370 | 1370 | 1410 (1,215) | 37,8 | н/д | 0,284 | 180 | |
| Звезда ГП-1520 | 1520 | 1590 (1,37) | 37 | н/д | 0,295 | 180 | |
| Звезда ГП-1750 | 1750 | 1820 (1,569) | 37,4 | н/д | 0,287 | 180 | |
| ОАО «РУМО» (Россия) | |||||||
| ДГ68М с системой утилизации теплоты | 800 | 880 (0,758) | 34 | н/д | н/д | 100 | |
| ДГ98М с системой утилизации теплоты | 1000 | 1100 (0,948) | 32,5 | н/д | н/д | 100 | |
Условия, обеспечивающие максимизацию эффекта от использования технологии мини-ТЭЦ на базе ДВС:
‒ мини-ТЭЦ на базе ДВС перспективны в качестве основного источника выработки электроэнергии и теплоты на объектах жилищно-коммунального хозяйства (с электрическими тепловыми нагрузками 0,3-15 МВт): в жилых и общественных зданиях, торговых и спортивных комплексах, гостиницах, санаториях, пансионатах;
‒ мини-ТЭЦ на базе ДВС целесообразно использовать в качестве пикового или резервного источника энергоснабжения на промышленных предприятиях с резко переменными электрическими нагрузками.
Кроме дизельных двигателей внутреннего сгорания, в качестве основы для мини-ТЭЦ часто используются газовые (газопоршневые) и газодизельные ДВС.
Газопоршневые мини-ТЭЦ работают только на одном газовом топливе. Газодизельные мини-ТЭЦ, как правило, эксплуатируются на смеси газа и небольшого количества (3-10 %) дизельного топлива.
По капитальным затратам наиболее дешёвыми являются дизельные мини-ТЭЦ. Однако, из-за дороговизны дизельного топлива, большего расхода масла и высоких эксплуатационных затрат себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии оказывается в несколько раз выше, чем у газовых установок (обладающих к тому же большим ресурсом до капитального ремонта).
Таким образом, дизельные мини-ТЭЦ лучше использовать в негазифицированных районах. Электрическая энергия, вырабатываемая газодизельными мини-ТЭЦ, также дороже той, что производят установки на чистом газе.
В сравнении с ГТУ-ТЭЦ, мини-ТЭЦ на базе ДВС имеют следующие преимущества:
‒ более высокий электрический и общий КПД и меньшая его зависимость от изменения нагрузок и температуры наружного воздуха.
‒ меньший удельный расход топлива на выработку 1кВт·ч электрической энергии.
‒ больший полный ресурс установок.
Для мини-ТЭЦ на базе ДВС требуется значительно меньшее давление топлива. Однако, у мини-ТЭЦ на базе двигателей внутреннего сгорания, меньше количество и более низкий потенциал производимой теплоты. Также больше вредные выбросы в окружающую среду, по сравнению с газотурбинными установками. Полный перечень показателей, по которым производится сравнение ГТУ-ТЭЦ и мини-ТЭЦ на базе ДВС приведён в табл. 3.3.
Таблица 3.3 – Основные показатели мини-ТЭЦ на базе ДВС и ГТУ мини-ТЭЦ
| Показатель | Газопоршневые мини-ТЭЦ | Газотурбинные мини-ТЭЦ |
| Долговечность | -без ограничения при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания | -полный ресурс составляет 75...140 тыс. ч -без ограничения при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания |
| Ремонтопригодность | -ремонт производится на месте - ремонт требует меньше времени | -ремонт производится на специальных заводах -затраты времени и средств на транспортировку, центровку и т.д. |
Продолжение таблицы 3.3
| Сохраняемость | -не теряет свойств при правильном хранении -может перевозиться любым видом транспорта | -не теряет свойств при правильном хранении -транспортировка железнодорожным транспортом не желательна |
| Количество и потенциал производимой теплоты | 0,86−1,29 Гкал/ч на1 кВт электрической мощности -сетевая вода с температурой 90–105 º С | -1,5-1,8 Гкал/ч на 1 кВт электрической мощности -сетевая вода с температурой 115–150 º С -водяной пар с давлением 9–40 кгс/см2(с температурой 250...450 ºС) |
| Экономичность | Электрический КПД равен 33-40%. -КПД мало меняется при нагрузке от100 % до 50 % электрической мощности (уменьшается на 5- 8 %) | -Электрический КПД равен 25-35 %. -КПД резко снижается на частичных электрических нагрузках (уменьшается на13-18 %) |
| Удельный расход топлива при 100 % и 50 % электрических нагрузках | 0,25…0,33 м3/кВт·ч | 0,35…0,503 м3/кВт·ч |
| Падение напряжения и время восстановления после 50% набора нагрузки | 22 % 8 с | 40 % 38 с |
| Влияние переменной электрической нагрузки | -не желательна долгая работа на нагрузках менее 50% (сильно влияет на интервалы обслуживания) -при меньшей единичной мощности агрегата, более гибкая работа мини-ТЭЦ в целом и выше надежность энергоснабжения | -работа на частичных нагрузках (менее 50%) не влияет на состояние турбины -при высокой единичной мощности агрегата, отключение вызывает потерю 30…50% мощности мини-ТЭЦ |
| Экологичность | NOX = 118–185 ppm; CO = 50–107 ppm | Вредные выбросы: NOX = 25–50 ppm; CO = 60–75 ppm |
| Размещение в здании | -необходимо больше места, т.к. имеет больший вес на единицу мощности -не требуется компрессора для сжатия газа (рабочее давление газа на входе | -при электрической мощности мини-ТЭЦ 5 МВт и выше, выигрыш от меньшего размера помещения незначителен -минимальное рабочее давление газа на входе−12 кгс/см2 (т.е. необходим газ высокого давления, либо дожимающий компрессор, а так же оборудование для запуска турбины) |
| Обслуживание | -останов после каждой 1000 ч. работы, (замена масла) -капитальный ремонт через 72 000 ч., выполняется на месте установки | -останов после каждых 2000 ч. (данные компани «Solar Turbines Inc») -капитальный ремонт через 60 000 ч., выполняется на специальном заводе |
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 148; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!