ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Примеры практической реализации экономии ВЭР

Схемные вопросы использования ВЭР

Балансовые соотношения по экономии топлива за счет использова­ния ВЭР приведены в разд. 13.5.

На рис. 13.12 представлена двухступенчатая схема комплексного ис­пользования теплоты в литейном цехе. Газ сжигается в термической печи 1, затем продукты сгорания направляются в сушилку 2, где осуществляется сушка изделий при температуре 160 °С. КПД установки 85 %.

На рис. 13.13 приведена трехступенчатая схема комплексного ис­пользования теплоты в термическом цехе. Природный газ сжигается в тех­нологической печи 1. Отводимые из нее газы имеют температуру около 800 °С и используются последовательно сначала в терморадиационной су­шильной камере 2, а затем в печи низкого отпуска 3. Коэффициент исполь­зования топлива установки около 82 %.

На рис. 13.14 дана принципиальная схема использования ВЭР с при­менением контактного теплообменника (экономайзера) в окрасочном цехе.

Природный газ сжигается в трубчатом воздухонагревателе 1 для нагрева приточного воздуха систем вентиляции в холодный период года (в теплый период газ сжигается непосредственно в топках сушильных камер 3). Про­дукты сгорания природного газа с температурой 600 °С подаются в су­шильные камеры 3, затем поступают в контактный водоподогреватель 4, предназначенный для подогрева воды для моечных камер, расположенных в цехе. Коэффициент использования топлива в схеме около 90 %.

В цехах, где количество выделяемых отходящих газов велико (куз­нечные, термические цеха и т. п.), более перспективна схема, приведенная на рис. 13.15. Продукты сгорания из нагревательных печей 1 с температу­рой 1000 °С поступают в рекуператор 2 для подогрева воздуха, подаваемо­го на горение, до 300 °С, при этом температура продуктов сгорания пони­жается до 700 °С. Из рекуператора продукты сгорания поступают в чугун­ный теплообменник 3 для подогрева воздуха в системе приточной венти­ляции. Температура уходящих газов после воздухоподогревателя около 300 °С. Для регулирования подогрева воздуха предусмотрено смешение нагретого воздуха с холодным. Затем продукты сгорания направляются в контактный водоподогреватель 4, служащий для нагрева воды, поступаю­щей к моечным камерам. Коэффициент использования природного газа в данной схеме около 88 %.

Повышение эффективности использования пара установок ВЭР

Как правило, весь пар, который вырабатывается на установках ВЭР с давлением до 40 ати, вначале подается на редукционно-охладительные ус­тановки (РОУ), где большая часть давления пара безвозвратно теряется. На одном из предприятий Свердловской области была проведена реконструк­ция тепловой схемы установки сухого тушения кокса (УСТК) за счет пода­чи пара в противодавленческую турбину, которая не только выполняет роль РОУ, но и вырабатывает электроэнергию. В результате появилась возможность выработки около 2,5 - 3,5 МВт-ч электроэнергии за счет по­дачи в турбину пара до 130 т/ч для срабатывания его давления от 30 до 9 ати. В случае освоения данной схемы когенерации с выработкой тепловой и электрической энергии до 15 - 20 % необходимой электроэнергии будет вырабатываться за счет тепла ВЭР.

Использование конденсата пара

Для технических нужд и для отопления в больших масштабах ис­пользуется пар. Вариантом рационального использования пара в подобных случаях является установка конденсатоотводчиков. В этом случае исклю­чаются проскоки пара при отводе конденсата, что приводит к сокращению расхода пара на 30 %. На одном из предприятий цветной металлургии ус­пешно была реализована подобная схема утилизации тепла за счет исполь­зования конденсатоотводчиков типа РКД-3 с их установкой после калори­феров тепловых завес и приточных систем в производственных корпусах. Особенность указанного типа конденсатоотводчиков в том, что они обору­дованы регулировочным винтом, который обеспечивает возможность ре­гулирования температуры отходящего конденсата.

Другая особенность подобных мероприятий - исключительно низкий срок окупаемости - от 1 до 3 месяцев, т. е. 0,15 года.

Опыт применения пароводяных элеваторов «ЭКОПАР»

В г. Миассе Челябинской области разработаны высокоэффективные устройства для утилизации отработанного пара. Данные устройства полу­чили название магистральных пароводяных элеваторов «ЭКОПАР».

Назначение МПЭ «ЭКОПАР» - нагревание текущего потока воды путем инжектирования пара в водяную магистраль. КПД системы при вне­дрении МПЭ «ЭКОПАР» увеличивается до 99 %.

МПЭ «ЭКОПАР» разработаны для утилизации пара (в том числе низкопотенциального) после паровых машин (что исключает выброс пара в атмосферу) и для замены бойлеров в системах:

- нагрева воды перед химической очисткой;

- нагрева воды перед деаэрацией;

- горячего водоснабжения;

- отопления.

МПЭ может работать на неочищенной воде с содержанием твердой фазы с максимальным поперечным размером до 8 мм. «ЭКОПАР» обеспе­чивает стабильность технических характеристик и не требует регламент­ных работ и ремонта. МПЭ работает в широком диапазоне изменения рас-

ходов, давлений и температур при различных диаметрах трубопроводных систем, что обеспечивается заложенным в конструкцию «ноу-хау».

Принципиальная схема подключения элеватора «ЭКОПАР» приве­дена на рис. 13.16. Отличие МПЭ «ЭКОПАР» от трансзвуковых устройств: эффективно устраняют возможные пульсации давлений и работают на диаметрах водяной магистрали до 500 мм, а трансзвуковые устройства ра­ботают на диаметрах только до 100 мм.

1, 8 - задвижки запорные; 4, 7, 12 - манометры показывающие;

2 - электроконтактный манометр; 3, 6, 9 - термометры; 5 - МПЭ «ЭКОПАР»; 10 - обратный клапан; 11 - задвижка с электроприводом;

13 - смесительные решетки

Проектирование и изготовление осуществляется под конкретного за­казчика по следующим диапазонам параметров:

- условный диаметр водяной магистрали 40...500 мм; тепловая мощность 0,2...75 Гкал/ч; перепад между давлениями пара и воды - 2,5...+12 ати;

- давление пара 0,15...13 ати;

- расход пара 0,3...123 т/ч;

- расход воды 7,3...2500 т/ч.

Для предварительного определения экономического эффекта от вне­дрения МПЭ «ЭКОПАР» необходимо на графике (рис. 13.17, 13.18) опре­делить величину экономии по расходу воды и КПД бойлера, подлежащего замене, затем пересчитать экономию прямо пропорционально требуемой величине нагрева воды, стоимости 1 гигакалории на предприятии и про­должительности работы.

Приведем пример расчета экономии при установке МПЭ «ЭКОПАР». Дано:

- расход воды для нагрева - 125 т/ч;

- КПД существующего бойлера - 0,5;

- продолжительность работы установки - 5000 ч;

- нагрев воды на 30 °С;

- себестоимость 1 Гкал - 250 руб.

Расчет:

1. По рис. 13.17 (пунктирная линия) определяем экономию при рас­четных параметрах графика. Она равна 3,5 млн. руб./год.

2. Произведем перерасчет экономии с учетом фактических условий: 3 500 000 • (5000 : 5232) • (200 : 300) = 2 229 867 руб./год.

Преимущества от использования элеватора «ЭКОПАР»:

- максимальный коэффициент теплопередачи и КПД 99 %;

- высокая надежность из-за отсутствия движущихся деталей;

- работа на неочищенной воде и при значительных изменениях дав­лений и расходов воды и пара;

- отсутствие пульсаций давления после МПЭ;

- уменьшение потерь тепла через корпус и экономия производст­венных площадей вследствие малых габаритов и возможности ус­тановки изделия вне помещения;

- простота эксплуатации, отсутствие необходимости ремонтов;

- решение экологических проблем путем утилизации выбросов, от­работанного пара.

Графики зависимости прямого экономического эффекта от расхода воды и КПД заменяемого бойлера при нагреве воды на 30 °С, стоимости 1 Гкал 300 руб., периоде работы в отопительном сезоне 5232 ч (218 дней)

Экономический эффект достигается:

- за счет рационального использования пара, уменьшения потерь тепла и экономии топлива, снижения стоимости гигакалории,

- исключения затрат на текущие и плановые ремонты, на подготовку к зиме,

- значительного сокращения затрат в случае замены отслужившего срок изделия,

- вывода из эксплуатации насоса,

- получения дополнительной прибыли при использовании отработанного пара.

«ЭКОПАР» эксплуатируется на предприятиях: комбинат «Магне­зит», г. Сатка; НТМК, г. Нижний Тагил; ОАО «Уралоргсинтез», г. Чайковский; «Миасский инструментальный завод», г. Миасс; ООО «Ставролен», г. Буденновск и многих других.

Газотурбинная расширительная электрическая станция (ГТРЭС)

Еще один вид вторичных энергоресурсов - это механическая энергия (давление) природного газа, которая бесполезно срабатывается на различ­ных магистральных газораспределительных станциях (ГРС) и газорегуля­торных пунктах (ГРП) промышленных предприятий. При этом перепад давления здесь может составлять 5 - 6 МПа (50 - 60 ата).

В настоящее время в России в промышленной эксплуатации нахо­дятся две газотурбинные расширительные электрические станции (ГТРЭС), вырабатывающие электрическую энергию, - в Свердловэнерго и Мосэнерго. Обе они предназначены для выработки электрической энергии.

Для обеспечения высокой надежности газоснабжения ГТРЭС преду­смотрена работа турбины параллельно ГРП. Полный расход газа на турби­ну составляет 210 тыс. м /ч. Остальной поток подается к потребителям че­рез ГРП, встроенный в здание ГТРЭС. В схеме ГРП предусмотрены четыре нитки газопроводов, из них одна - растопочная, а каждая из трех остав­шихся (основных) обеспечивает пропуск газа, эквивалентный расходу газа через турбину. Одна из основных ниток (заранее выбранная) работает в «безрасходном» «следящем» режиме, при этом положение регулирующих органов «следящей» нитки автоматически поддерживается в положении, строго соответствующем расходу газа на турбину. В случае внезапного ос­танова газовой турбины поток газа переключается полностью на «следя­щую» нитку ГРП, который с этого момента обеспечивает редуцирование всего расхода газа, поступающего к потребителям.

При параллельной работе турбины и ГРП в случае увеличения рас­хода газа больше пропускной способности турбины автоматически загру­жается работающая нитка ГРП, а после ее полной загрузки включается в работу и следующая. Такая схема обеспечивает автоматическую макси­мальную загрузку турбины для всех режимов и использования газа основ­ными потребителями.

Управление работой ГТРЭС максимально автоматизировано с ис­пользованием современной микропроцессорной техники и выполняется с удаленного щита управления энергоблоков.

С целью улучшения условий эксплуатации, повышения мощности и экономичности ГТРЭС природный газ перед турбиной подогревается в га­зовом теплообменнике. Теплообменник включен в замкнутый греющий контур экономайзера низкого давления, который установлен в специально смонтированном байпасе газохода котла энергоблока. При этом для подог­рева природного газа используется тепло уходящих газов котлоагрегатов, что обеспечивает расход условного топлива на производство электроэнер­гии не более 0,05 кг у. т./(кВт-ч).

Схема аналогичной ГТРЭС Мосэнерго отличается тем, что подогрев газа осуществляется за счет использования питательной воды котлов. В этом случае удельный расход топлива достигает 0,12 кг у. т./(кВт-ч).

В условиях Свердловэнерго средняя производительность ГТРЭС со­ставляет около 6 МВт-ч при расходе природного газа 200 тыс. м /ч. В тече­ние года производство дополнительной электроэнергии составляет на дан­ной ГТРЭС около 10 млн. кВт-ч.

Практика освоения подобных газотурбинных расширительных элек­тростанций показывает целесообразность их самого широкого тиражиро­вания как на ТЭС, так и на промышленных предприятиях, подключенных непосредственно к магистральным сетям природного газа.