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/см². На производство пар отпускался после редукционной установки (РУ) давлением не более 2 кгс/см². 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;

- отсутствие маслосистемы.

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).

Технические характеристики турбогенераторных установок представлены в таблице 1.

Таблица 1

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 ^оС. 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/см² (абс.), после чего подается в технологическую цепочку. Могут изготавливаться турбины на низкое противодавление (Р₂=1,2 кг/см² (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.

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.