Паровые турбины малой мощности

При стоимости электроэнергии 1,5 руб./кВт час, годовая экономия составляет 6,5 млн. рублей.

Срок окупаемости турбины 1,5 года.

Сборочный участок паровых турбин ПТМ

Характеристики турбопривода ПТМ-800

Пример использования – турбопривод сетевого насоса

Одним из вариантов успешного применения является турбопривод насоса ПТНД -175/90-25-250/13:4, созданный на базе паровой турбины типа ПТМ и предназначенный для эффективной замены электродвигателя сетевого насоса 1Д630-90. Благодаря малым габаритам и простоте монтажа турбина устанавливается на фундаментной плите электронасоса и не требует ее значительной реконструкции.

Микроэнергетический комплекс на базе влажно-паровой микротурбины

Микроэнергокомплекс на базе высокоэффективной микротурбины с электрической мощностью 5 – 30 кВт и тепловой мощностью 20 – 200 кВт, для систем автономного децентрализованного распределения и потребления тепла и электроэнергии

Создание микроэнергокомплекса на базе влажнопаровой турбины с электрической нагрузкой 5 – 30 кВт и тепловой мощностью 20 – 200 кВт, для систем автономного децентрализованного распределения и потребления тепла и электроэнергии.

Задачи

1. Повышение эффективности малой распределенной энергетики, разработка и создание полностью автоматизированных, простых, доступных и недорогих энергоустановок и комплексов на базе ВИЭ.

2. Снижение выбросов вредных веществ и повышение экологической безопасности производства и потребления энергии, и, как следствие, уменьшение пагубного влияния энергетического комплекса на окружающую среду.

Научная новизна

В результате анализа патентной и научно-технической документации выявлено, что в настоящий момент в энергетике применяются влажно-паровые турбины электрической мощностью не менее 100 кВт. Что касается диапазона вырабатываемых мощностей 30 – 100 кВт, то здесь доминируют автономные энергоустановки, в том числе когенерационные, базирующиеся на газопоршневых или газотурбинных агрегатах.

Главными особенностями влажно-паровой микротурбинной установки являются: вертикальное исполнение ее конструкции, малый расход пара, низкие начальные параметры (давление и температура) теплоносителя, а также возможность раздельного регулирования тепловой и электрической энергии. Перечисленные выше особенности и определяют новизну подхода к проектированию и конструктивному исполнению агрегата.

Основные характеристики микроэнергокомплекса (МЭК)

220 (однофазн.)

380 (трехфазн.)

Принципиальная схема МЭКПринципиальная схема МЭК

Развернутая схема МЭК

1 – котел; 2 – автоматический воздуходоводчик; 3 – солнечные панели; 4 — соединительные гофры; 5 – насос; 6 – расширительная емкость; 7 – кран заправочный; 8 – парогенератор; 9 — теплообменник эжектора; 10 – регулирующий паровой клапан; 11 – эжектор; 12 – турбина; 13 – электрогенератор; 14 – конденсатор; 15 – система охлаждения; 16 — циркуляционный насос ; 17 – бак запасного конденсатаредактирование

Конструкция микротурбины

Конденсатор микротурбины

Отличительной особенностью разработанного конденсатора заключается в том, что он конструктивно совмещен с турбоагрегатом. Единая, корпусная конструкция позволяет обеспечить компактность и герметичность микротурбинной установки.

Генератор микротурбины

Высокая частота вращения (до 35 тыс. об/мин), повышенные требования к жесткости единого ротора стали определяющими факторами при выборе типа электрической машины влажно-паровой микротурбины. В результате анализа и сопоставления основных типов генераторов был выбран вентильный индукторный генератор.

Турбогенератор

Система пароприготовления

В системе пароприготовления с целью оптимизации используемого оборудования, было принято техническое решение, заключающееся в в применении совместном котла, парогенератора, выполняющего функции аккумулятора пара и солнечных водонагревательных коллекторов для покрытия части тепловой энергии, необходимой для нагрева рабочего тела.

Система автоматизации, диспечеризации

Содержит информацию по всему оборудованию МЭК:

• значения всех контролируемых параметров;
• информацию о положениях всех регулирующих органов;
• информацию о состоянии (вкл. или откл.) насосов и компрессора;
• сообщения о выходе значений параметров за допустимые пределы;
• виртуальные средства для установки заданий для всех регуляторов;
• виртуальные средства для дистанционного включения и отключения электроприводов насосов, компрессоров и регулирующих органов.

Система автоматизации

Основные отличительные характеристики микротурбинной установки:

• вертикальная конструкция турбинной установки с центростремительной одновенечной проточной частью, парциальным подводом рабочего тела в едином корпусе с генератором и конденсатором, что позволило резко сократить массогабаритные, весовые показатели и площадь, необходимую для монтажа. Размеры (диаметр/высота (мм)/масса(кг): турбина 5 кВт — 485/1050/230, турбина 30 кВт – 800/1500/585;
• в качестве генератора разработана высокооборотная (35000 об/мин) реактивная вентильно-индукторная электрическая машина, способная работать как в генераторном, так и в двигательном режиме, что позволяет снизить стоимость капитальных затрат и повысить эксплуатационную надежность турбогенератора;
• в качестве опоры генератора в паровой турбине разработаны и применены отечественные воздушные газо-динамические подшипники, что позволило снизить потери на трение, полностью исключить применение смазочных материалов;
• разработана комбинированная система пароприготовления на базе вакуумных солнечных коллекторов, котла-парогенератора и аккумулятора тепловой энергии. Система позволяет за счет солнечной энергии в летнее время (май-сентябрь для условий ЮФО) заменить до 35-40% первичного органического топлива в дневное время суток.
• реализована схема отдельного регулирования электрической и тепловой энергии в диапазоне нагрузок 5-100%, что кардинально отличает влажно-паровую микротурбинную установку от газотурбинных и газопоршневых и позволяет её применение в любых климатических зонах;
• коэффициент использования топлива – 84%. Возможно использование различных видов топлив;
• уровень шумов от работающей турбины на расстоянии 5 м не превышает 55 дБ.

Внешний вид опытного образца МЭК

Научно-технические статьи, опубликованные по результатам НИОКР:

Указаны проблемы традиционной энергетики и необходимость перехода к распределенной. Описаны основные характеристики и преимущества разработанного микроэнергетического комплекса.

Описан микроэнергокомплекс (МЭК) малой мощности (5 — 30 кВт) предназначен для работы в качестве микро-ТЭЦ с целью обеспечения эффективного энергоснабжения, распределения электроэнергии.

В статье рассматривается система автоматизированного контроля и регулирования параметров (программно-технический комплекс) микроэнергетического комплекса электрической мощностью 5 кВт, предназначенного для снабжения децентрализованного потребителя тепловой и электрической энергией. Программно-технический комплекс обеспечивает управление, контроль, регулирование параметров, визуализацию технологического процессаи архивацию входных и выходных данных. Работа актуальна тем, что в ней рассматриваются способы управления микроэнергетическим комплексом, активно внедряющимся в энергетический автономный сектор и работающим на возобновляемых источниках энергии, которые обеспечивают «зеленой» энергией удаленные от энергосистемы жилые строения.

Паровые турбины малой мощности в распределенных энергосистемах

При этом потребитель, например промышленное предприятие, обладающий собственным источником энергии, во‑первых, получает ее по себе-стоимости, которая в разы ниже тарифов; во‑вторых, повышает надежность энергоснабжения; в‑третьих, может получать дополнительные выгоды от продажи энергии соседям; в‑четвертых, снижает пиковые нагрузки, что приводит к увеличению срока службы оборудования; в‑пятых, может максимально использовать дешевое местное топливо.

Несмотря на все преимущества, сегодня имеется ряд препятствий на пути реализации данной схемы. Одно из них – это отсутствие четкого механизма, подкрепленного правовой базой, по которому бы происходило взаимодействие между централизованными и частными поставщиками электрической энергии. Второе препятствие – низкий технический уровень и отсутствие опыта по согласованию работы малых источников параллельно с сетью.

Наиболее крупной и проверенной на практике в России является энергосберегающая технология комбинированного производства энергии и тепла с использованием противодавленческих паровых турбин. В данном направлении российские ученые и конструкторы традиционно занимают ведущее место в мире. Эта технология заключается в том, что для утилизации потенциальной энергии предлагается понижать параметры пара до требуемых не посредством редуцирования с потерей энергии, а в процессе совершения им полезной работы. Для этого параллельно редукционному устройству устанавливается энергогенерирующий комплекс с паровой противодавленческой турбиной. Пар на технологический процесс направляется через турбину, а работа, совершаемая в ней паром, используется для привода электрического генератора, насосов, вентиляторов и других устройств.

Энергия, производимая комплексами, как правило, используется для собственных нужд предприятия, на котором она установлена. Такой способ применения позволяет значительно снизить затраты электроэнергии на привод устройств и повысить КПД использования пара.

В России уже имеются десятки тысяч источников водяного пара и постоянно строятся новые. Предназначенный для их реализации паротурбинный привод имеет существенное преимущество – это высокий ресурс. Для паровых турбин малой мощности, работающих обычно на средних и низких параметрах пара, 4 МПа и менее, он составляет 300 000‑350 000 часов. Кроме того, движущиеся части паровых турбин работают в менее агрессивной среде, в отличие от газовых турбин и ДВС, а это повышает их надежность и снимает необходимость постоянного технического обслуживания. Эти факторы существенно влияют на экономическую эффективность работы установки. Помимо сказанного, немаловажным является то, что паровой котел, работающий совместно с турбиной, может иметь топку на различных видах топлива: газе, мазуте, угле, древесине, торфе и т. д. Это, в свою очередь, позволяет создавать станции, использующие местные виды топлив, тем самым получая дополнительные экономические выгоды.

Паровые турбины малой мощности можно эффективно использовать как в уже существующих и вновь создаваемых котельных, так и на больших тепловых станциях, имеющих промышленный отбор пара, что значительно расширяет сферу их применения.

В Свердловской области производством паровых турбомашин малой мощности занимается ООО «Электротехнический альянс». Данные турбомашины типа «ПТМ» разрабатываются и изготавливаются по конкретным параметрам заказчика, поэтому их применение максимально эффективно, кроме того, они имеют ряд преимуществ перед существующими аналогами. Основные из них – повышенный внутренний КПД (70 процентов), малая собственная длина, что позволяет разместить ее в действующей установке на существующем фундаменте взамен электропривода (или вместе с ним) и отсутствие редуктора (прямое сопряжение с приводимым механизмом), что повышает надежность работы и снижает уровень шума.

Отсутствие системы маслоснабжения обеспечивает пожаробезопасность турбины и позволяет эксплуатировать ее в помещении котельной в непосредственной близости с котлом. Наличием блоков регулирования как на паровпуске, так и в противодавлении исключает ее самопроизвольный разгон сверх допустимой скорости вращения вала. Немаловажным является и плавное регулирование скорости вращения вала от холостого хода до номинальной нагрузки турбоустановки, что позволяет использовать ее взамен частотно-регулируемого электропривода, и малое время, необходимое для перехода от выключенного состояния до принятия номинальной нагрузки. Время работы турбомашины до вывода из эксплуатации – не менее 40 лет. Средний срок окупаемости, которая обеспечивается за счет экономии на покупку электроэнергии, не превышает 2‑3 лет.

Подводя итог, еще раз отметим: самым эффективным и экономически оправданным на сегодняшний день является создание распределенной энергетической системы на базе уже существующих котельных, путем перевода их в режим мини-ТЭЦ с использованием паротурбинных энергетических установок. Но вместе с тем данные установки могут найти широкое применение и в отдаленных поселках при создании станций, использующих местные виды топлив. Дополнительные преимущества, такие, как когенерация тепла, повышение надежности, отсутствие сетевых издержек, уже сейчас делают распределенную генерацию выгодной во многих применениях. Справедливая рыночная оценка всех преимуществ – ключевой фактор для определения перспективности таких проектов.

Кабельная арматура, Генерация, Котельная, Мини-тэц , Мощность, Топливо, Турбины, ТЭЦ, Электроэнергия , Энергия , СРО

Мини-ТЭЦ с паровыми турбинами – решение больших проблем малой энергетики

Мини-ТЭЦ с паровыми турбинами – решение больших проблем малой энергетики

Главный энергетик ОАО «СКАИ» – Васюк О. А.

Главный инженер ООО «Промпривод» – Спагар И. Н.

В настоящее время наряду с применением электрогенерирующих устройств на базе газотурбинных установок и газопоршневых агрегатов в промышленной энергетике находят все большее применение турбогенераторные установки с паровыми турбинами малой мощности.

Сегодня в мире как никогда актуален вопрос энергосбережения. Постоянный рост цен на энергоносители заставил по-другому взглянуть на эффективность эксплуатации объектов малой энергетики – промышленно-отопительных котельных. Для получения 1 МВт тепла используется, в зависимости от мощности котельной, от 17 до 40 кВт электроэнергии. При постоянном росте стоимости последней, данное обстоятельство заставляет задуматься о повышении эффективности работы котельных. Оптимальным решением вопроса является реализация комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на котельных. Организация собственной электрогенерации для многих предприятий – не только эффективный, но подчас и жизненно необходимый способ обеспечения бесперебойной подачи электроэнергии и удовлетворения растущих потребностей в новых мощностях, кроме того это отличная возможность существенно снизить расходы на электричество. Когенерированный процесс находит все больше своих сторонников в силу значительного преимущества по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии и тепла.

Вот и на предприятии ОАО «Себряковский комбинат асбестоцементных изделий» (ОАО «СКАИ»), решили воплотить в жизнь строительство мини-ТЭЦ. На котельной установлены три паровых котла ДКВР-20-13, которые обеспечивают паром производство, и были установлены два котла ПТВМ-30м, которые работали только зимой и обеспечивали отопительную нагрузку предприятия. Эксплуатация паровых котлов велась на режимах с давлением 7-8 кгс/см 2 . На производство пар отпускался после редукционной установки (РУ) давлением не более 2 кгс/см 2 . Такие режимы паровых котлов в значительной мере ухудшали экономические показатели котельной, а включение водогрейных котлов в зимний отопительный период еще больше усугубляло эффективность топливоиспользования.

Руководством предприятия была поставлена задача, повысить эффективность работы котельной, путем снижения себестоимости отпускаемого тепла. Проанализировав всевозможные мероприятия, служба главного энергетика пришла к выводу, что данную задачу можно выполнить только путем строительства собственной мини-ТЭЦ.

Установка газотурбинных установок (ГТУ) потребовала бы серьезных капиталовложений. Да и плачевный опыт соседнего предприятия ОАО «Себряковцемент», сразу исключил установку ГТУ.

Установка газопоршневых агрегатов (ГПА) в значительной степени позволила бы снизить покупку электроэнергии из сети, однако не смогла бы обеспечить тепловую нагрузку котельной. Для покрытия тепловых нагрузок все равно потребовалось бы эксплуатировать паровые котлы. Да и анализ работы ГПА показал, что эксплуатационные затраты на обслуживание ГПА существенно отличаются в большую сторону в отличии от паровых турбин. Поэтому, строительство когенерационной установки в составе ГПА, также отпал сам собой.

Специалисты остановились на турбогенераторах с паровыми противодавленческими турбинами. Проанализировав все предлагаемые турбогенераторы, выбор был остановлен на турбогенераторах производства белорусского предприятия ООО «Промпривод». В пользу данных турбин был сделан по следующим причинам:

– низкая стоимость оборудования;

– надежность работы турбогенераторов;

– короткие сроки изготовления и ввода в эксплуатацию;

– простота в обслуживании;

– широкий диапазон работы турбин;

При рассмотрении вопроса о выборе турбин, не последнюю роль сыграло ознакомление с работающим оборудованием. Специалисты ОАО «СКАИ» посетили предприятия в Республике Беларусь, где установлены и работают турбогенераторы, непосредственно увидели в работе оборудование и получили отзывы от эксплуатирующего персонала.

Это турбогенераторы, не всегда отвечают современным требованиям установки на промышленных котельных. Их технические параметры и габаритным характеристики не всегда подходят для небольших промышленных и муниципальных котельных. В силу конструкции паротурбинных установок, большие пропуски пара на холостой ход, они имеют ограничение по эксплуатации в летнее время.

Турбогенераторы с паровыми турбинами, производимые в западных странах, в большей степени соответствуют современным требованиям. Они мобильны, имеют высокий к.п.д., оснащены современными САУ. Но их стоимость в несколько раз выше стоимости аналогичного оборудования, производимого в России. Стоимость 1 кВт установленной мощности достигает 1000 евро и более, без учета расходов на монтажные и пуско-наладочные работы.

Проанализировав все на сегодня, выпускаемые турбогенераторные установки, специалисты ОАО «СКАИ» сделали выбор в пользу относительно недорогих, мобильных и простых в эксплуатации турбогенераторов, производимых в Республике Беларусь предприятием ООО «Промпривод».

Конструктивно турбогенераторные установки выполнены в виде компактного блока 100% заводской готовности, состоящего из противодавленческой паровой турбины и электрического генератора, размещенных на общей раме (рис.1).

Рис.1 Блочная турбогенераторная установка мощностью 315кВт

с паровой противодавленческой турбиной

Технические характеристики турбогенераторных установок представлены в таблице 1.

Наименование параметра и размера

1. Максимальная электрическая мощность на клеммах генератора, кВт

2. Рабочий диапазон давления пара на входе, МПа (кгс/см 2 )

3. Рабочий диапазон температуры пара на входе, ºC

4. Рабочий диапазон давления пара на выходе, МПа (кгс/см 2 )

5. Рабочий диапазон температуры пара на выходе, ºC

6. Частота вращения ротора паровой турбины, мин -1

7. Габаритные размеры, мм, не более

8. Масса, кг, не более

Турбина выполнена на основе ступени «Кинаст», ступени давления с повторным подводом рабочего тела. Такое конструктивное исполнение позволяет реализовать на одном рабочем колесе принцип многоступенчатой турбины (от 3 до 7 ступеней) и позволяет эффективно использовать турбину на частичных (малорасходных) нагрузках более. Это подтверждается результатами испытаний ТГУ (рис.2,3).

Взятие нагрузки паровой турбиной при противодавлении 0,28 МПа (абс) уже возможно при расходе пара 2,0 – 2,5 т/час, а при расходе пара 11 т/час ТГУ уже будет нести нагрузку около 315 кВт.

Турбины могут работать как на насыщенном паре, так и на перегретом до 250 о С. ТГУ работает следующим образом. Пар, проходя через паровую задвижку (ГПЗ), стопорный клапан 6 (КС), регулирующий клапан 7 (РК) и паровое сито 9 (ПС) попадает в сопловой аппарат турбины 2. Пройдя через сопловые аппараты и рабочие лопатки турбины, пар расширяется, энергия его расширения преобразуется в механическую и вращает ротор турбины, который соединен муфтой с электрогенератором. Тепловая схема ТГУ представлена на рисунке 4.

В турбине пар расширяется до давления Р₂=2,0 – 2,8 кг/см 2 (абс.), после чего подается в технологическую цепочку. Могут изготавливаться турбины на низкое противодавление (Р₂=1,2 кг/см 2 (абс.)), тогда в качестве нагрузки на выхлопе используется теплообменник для подогрева сетевой воды.

Турбина оборудована системой концевых уплотнений, установленных на выходе вала из цилиндра. Для пара из концевых уплотнений установлен эжектор отсоса уплотнений (ЭОУ).

В отличии от классических турбин, в которых применяются подшипники скольжения с громоздкой и пожароопасной системой смазки, в ПТУ применены подшипниковые узлы с подшипниками качения. Это значительно упростило систему смазки – через 1000 – 1200 часов необходимо пополнять подшипниковые узлы консистентной смазкой.

ТГУ комплектуются генераторами асинхронного типа с рабочим напряжением 400 В. Это позволяет значительно упростить схему подключения и снизить стоимость установки. Асинхронный генератор, в отличии от синхронного, не требует специальных систем синхронизации при включении в сеть. Синхронизация осуществляется автоматически самой сетью.

Турбогенераторная установка оснащена системами управления, контроля и технологических защит, сигнализации и отображения технологических параметров.

Система управления обеспечивает автоматическое управление установкой практически во всем диапазоне работы. Система обеспечивает стабильное поддержание пара на выходе из турбины, регулирует подачу пара, обеспечивая наиболее оптимальный режим ее работы. Система предусматривает возможность управления ТГУ как в полностью автоматическом, так и в ручном режимах.

Система контроля и технологических защит обеспечивает останов установки с закрытие стопорного и регулирующего клапанов при:

– повышении частоты вращения ротора турбины сверх номинального значения;

– повышении вибрации подшипников турбины;

– повышении температуры подшипников турбины;

– повышении давления пара за турбиной свыше установленной величины;

– отключении электропитания систем управления;

– при отключении генератора от сети;

– по инициативе оператора – при прочих аварийных ситуациях.

Система сигнализации и отображения технологических параметров обеспечивает аварийную звуковую и световую сигнализацию при срабатывании аварийных защит:

– повышенной вибрации, температуры подшипников турбины;

– повышении давления пара за турбиной свыше установленной величины;

– отключении электропитания систем управления.

На щите управления ТГУ отображаются основные технологические параметры работы установки – текущие параметры безопасности (температура, вибрация подшипников турбины, частота вращения ротора), положение и состояние органов управления паровой турбины и генератора, текущие технологические параметры установки – параметры и расход пара, текущее значение мощности (рис.5).

Рис.5 Операторская станция

Коммутация генератора с внешней электрической сетью осуществляется с использованием аппаратуры, установленной в шкафу генераторного выключателя (ШГВ) (рис. 6).

Рис.6. ШГВ в турбогенератоной

Аппаратура ШГВ включает в себя автоматический выключатель с дистанционным приводом, разъединитель, а также набор коммутационной аппаратуры, необходимой для обеспечения безопасной работы турбогенераторной установки и ее обслуживания. В комплект ШГВ входит преобразовательная и измерительная аппаратура, позволяющая контролировать основные электрические параметры вырабатываемой электрической энергии: напряжение, ток, мощность.

Для учета количества вырабатываемой электроэнергии установлен трехфазный электросчетчик активной энергии (подключение к шинам генератора через трансформаторы тока).

Турбогенераторные установки успешно прошли комплексные испытания и были введены в эксплуатацию (рис.7). За январь –февраль 2012г. выработано более …… кВтч собственной электроэнергии, что сэкономило предприятию более …. рублей.

Рис. 7. Турбогенераторная на котельной ОАО «СКАИ»

Оценка статьи:

(пока оценок нет)

Загрузка...

Сохранить себе в: