Реконструкция водогрейной котельной в ранг мини-ТЭЦ

       Здравствуйте! Производство теплоэнергии в виде горячей воды предусматривает обязательное потребление определённого количества пара и электроэнергии, необходимых для обеспечения собственных нужд котельной. В ряде случаев эта проблема решается путём приобретения дорогостоящих когенерационных установок (КГУ) за рубежом. Альтернативный вариант решения такой проблемы показан на рис.1. Здесь в отличие от традиционной котельной имеется дополнительная надстройка расширителя и паровой турбины с противодавлением. Исследования работы такой мини-ТЭЦ на фоне упомянутой КГУ дают обнадёживающие результаты.

Рисунок 1

Рис. 1. Фрагмент из программного файла ТКГ2.

      Прежде всего, следует обратить внимание на показатель топливоиспользования и удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении. Последний на обычных ТЭЦ высоких и критических параметров порядка W = 0,34 – 0,47 = 400 – 550 кВтч/Гкал. В КГУ этот показатель значительно выше: W = 0,9 – 1,1 = 1040 – 1270 кВтч/Гкал, а на предлагаемой (рис.1.) мини-ТЭЦ он очень низкий, порядка W = 0,04 – 0,06 = 46,5 – 69,8 кВтч/Гкал.

      Причины этого различия обусловлены неадекватностью технологий производства тепло- и электроэнергии на сопоставляемых энергоисточниках. Так, например, в традиционных паротурбинных ТЭЦ согласно 2-му закону термодинамики соотношение между «горячим» и «холодным» источниками ограничивается значением порядка (560+273)/(100+273) = 2,23. КГУ позволяет сделать это соотношение выше – (2000+273)/(400+273) = 3,38. На исследуемой (рис.1.) мини-ТЭЦ с расширителем этот показатель очень низок: порядка (150+273)/(80+273) = 1,2.

      Также следует иметь в виду, что с увеличением W возрастает доля отпуска электроэнергии. Последняя, в отличие от тепловой энергии обходится дороже и способствует увеличению интегрального показателя bтэц . Из этого следует, что в КГУ составляющая роста показателя bтэц за счёт отпуска электроэнергии доминирует в сравнении с ТЭЦ и, тем более, мини-ТЭЦ. Таким образом, пониженное значение показателя W на мини-ТЭЦ является своего рода «гарантией» наименьшего значения показателя bтэц. Кроме того, на пониженное значение bтэц в данном случае влияет и тот факт, что КПД водогрейного котла в отличие от парового, как правило, всегда выше на 2-2,5 % .

      Высокая температура первичного теплоносителя в бойлере позволяет увеличить так-же температуру воды в прямой теплосети. Это открывает дополнительные возможности повышения эффективности последней, как устройства по организации транспорта теплоты. В частности, увеличение перепада температуры сетевой воды в ИТП, в бойлерах или других приборах потребителя позволяет адекватно снизить её циркуляцию, что также способствует снижению затрат на её транспорт.
Водогрейный котёл с давлением воды порядка 12 – 30 атмосфер позволяет использовать паровую турбину насыщенного пара, питаемую от расширителя, как это показано на рис.1.

      Здесь следует обратить внимание на два фактора при решении этой проблемы:

— с одной стороны работа расширителя в схеме турбоустановки приводит к эксергетическим потерям за счёт процесса дросселирования и способствует некоторому снижению работоспособности энергоисточника в целом.

— с другой стороны КПД теплофикационного цикла турбины с противодавлением достаточно высок, и имеется возможность дополнительной выработки электроэнергии.

      В целях изучения модернизированной водогрейной котельной (мини-ТЭЦ, рис.1.) и сопоставления её с вариантом КГУ разработан комплекс программных файлов МиТ5, МиТ6, ТКГ1, ТКГ2 и др., отображающих соответствующие модели технологических процессов производства тепло- и электроэнергии. Примерные топливные затраты (удельные) трёх сопоставляемых энергоисточников приведены в таблице 1. Как видно, при одинаковых потреблениях B топлива коэффициенты топливоиспользования (bтэц) возрастают в следующем порядке: водогрейная котельная, мини-ТЭЦ с расширителем и КГУ.

Таблица 2

Фрагмент из программного файла ТГК2.

      Удельная стоимость капзатрат этих энергоисточников также разная, причём, очевидно, что КГУ в сравнении с мини-ТЭЦ значительно дороже и сложнее. На основании изложенного и информации, приведенной в таблице 1, следует, что вариант перевода водогрейной котельной в категорию мини-ТЭЦ отвечает политике энергосбережения и инновации технологических процессов.

      Возвращаясь к известным дискуссиям о глобальном значении теплофикации на базе большой энергетики следует заметить, что КГУ по своим технико — экономическим показателям всё же менее экономична, чем традиционная паротурбинная ТЭЦ, работающая в теплофикационном режиме с противодавлением. Такая мини-ТЭЦ , будучи не большой мощности, способна решать проблемы лишь локального характера. При этом следует иметь в виду, что с позиций энергосистемы КГУ в пределах мегаполюса в большей мере «вытесняет» теплофикационную нагрузку централизованной ТЭЦ, снижая её эффективность.

      В отличие от этого, реализация мини-ТЭЦ с небольшой выработкой электроэнергии (в основном 3 – 6 % для собственных нужд) позволяет эффективнее решать «локальные» задачи обеспечения электроэнергией производственные комплексы. В отличие от КГУ такая мини-ТЭЦ даже наоборот, способствует интересам большой энергетики (Энергосистемы в целом) в плане формирования теплофикационного режима.

Автор: Байрашевский Б.А., д.т.н., bair_1968@mail.ru.


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *