Энергосбережение с помощью установки турбин малой мощности

Неуклонный рост цен на энергоносители, ожидаемое в недалеком будущем повышение стоимости природного газа в Украине до мирового уровня в 250-320 USD за 1000 м3, превышение энергозатрат в нашей стране на единицу валового продукта более чем в 2-3 раза по сравнению с затратами в развитых странах делает весьма актуальной задачу их экономии на всех этапах производства и потребления.

Для преодоления этой ситуации на этапе производства электроэнергии и теплоты в 2006 г. правительством Украины определены приоритетные направления энергосбережения [1], одним из которых является внедрение ресурсосберегающих технологий и повышение энергоэффективности за счет:

— реконструкции и модернизации действующего энергооборудования (в том числе путем замены) с целью повышения его КПД;

— внедрения установок комбинированного использования тепловой и электрической энергии.

Для решения этих задач могут успешно использоваться электрогенерирующие энергетические установки малой мощности, создаваемые на базе: двигателей внутреннего сгорания, паровых машин, осевых и радиальных паровых и газовых турбин, винтовых турбин и др. техники. Помимо повышения технико-экономических показателей при установке электрогенерирующих мощностей (последние обычно работают параллельно с электрической сетью) повышается надежность энергообеспечения, обеспечивается энергонезависимость, что является также весьма-важным для предприятия.

Шубенко АЛ., Бабак Н.Ю., Роговой М.И., Сенецкий А.В.,

Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, г. Харьков

Практика решения Институтом проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, (ИПМаш НАНУ) задач энергосбережения на энергокомплексах промышленных предприятий и коммунальных котельных Украины посредством установки паровых турбин малой мощности (с противодавлением или конденсационных) и является предметом настоящей работы.

Состояние вопроса в странах содружества.

Последние 10 лет на энергоузлах промышленных и коммунальных предприятий Беларуси (проекты имеют серьезную поддержку на государственном уровне) и России достаточно широко (реализовано более 50 проектов) внедряются энергосберегающие мероприятия посредством установки паровых турбин малой мощности (от 0,5 до 20 МВт) с электрогенератором. В настоящее время в связи с увеличением стоимости топлива в России наблюдается значительный подъем спроса на решение таких задач. Это подтверждает сформированная на 2,5 года вперед программа производства известного производителя паровых турбин ОАО “Калужский турбинный завод” (“КТЗ”, ОАО “Силовые машины”).

В Украине в последнее десятилетие реализовано около десятка проектов с установкой паровых турбин малой мощности, производства, в основном, ОАО “КТЗ”.

Производство турбин малой мощности в России реализуется на ряде предприятий: ОАО “КТЗ” [2], ОАО “Уральский завод энергетических машин” (г. Екатеринбург) [3], ООО “Ютрон” (г. Смоленск) [4], ЗАО “ЭНЕРГОТЕХ” (г. С.-Петербург) [5] и др. Паровые турбины оснащаются электрогенераторами производства ОАО “Электросила” (г. С.-Петербург), ОАО “Привод” (г. Лысьва), ОАО “СЭЗ” (г. Сафоново) или западных производителей.

Турбины малой мощности производятся как с традиционным числом оборотов 3000 об/мин и конструктивным исполнением (ОАО “КТЗ”, ООО “Ютрон”), так и с высоким числом оборотов 8000-10000 об/мин и набором конструктивных изменений, обеспечивающих удешевление машины (сварной корпус, цель-нофрезерованные рабочие лопатки, тиристорный преобразователь частоты и др.). Технические характеристики турбин представлены в [2-6]. Повышение оборотов паровой турбины позволяет значительно уменьшить ее габариты, массу и, следовательно, стоимость.

В Украине современные высокооборотные паровые турбины в настоящее время не выпускаются. ОАО “Турбоатом” (г. Харьков) разработал ряд проектов паровых турбин малой мощности с противодавлением в традиционном конструктивном исполнении [6], серия турбин была изготовлена и установлена ОАО “Турбоатом”, ОАО “Электротяжмаш” (г. Харьков) под научным руководством ИПмаш НАНУ был разработан эскизный проект высокооборотного турбогенератора мощностью 1-1,5 МВт с тиристорной системой преобразования частоты в рамном исполнении. Финансирования же на разработку технического проекта такой паровой турбины (70 тыс. USD) не было найдено. Рассматривалась также возможность производства современных турбин малой мощности на ОАО “Криворожский турбинный завод “Констар”, которая также не была реализована. Примеры решения задач энергосбережения на базе установки паровых турбин малой мощности.

ИПМаш НАНУ последние 7-8 лет занимается разработкой технических предложений по усовершенствованию энергосбережения на предприятиях химической, коксохимической, горной и др. отраслей, внедрением этих разработок в практику. Это работы, связанные, главным образом, с установкой на источниках теплоты, производящих пар, паровых турбин небольшой мощности (0,5 — 25 МВт).

Для расчета тепловых схем энергоузлов используется разработанный в институте комплекс программ SCAT2000 [7].

Задачи энергосбережения, связанные с установкой турбин малой мощности, могут быть классифицированы следующим образом*:

1. Замена процесса дросселирования пара в редукционно-охладительной установке на процесс расширения пара в турбине (ОАО “Ясиновский КХЗ”, г. Макеевка, 1 очередь).

2. Использование излишков установленных парогенерирующих мощностей промышленных ТЭЦ (ОАО “Ясиновский КХЗ”, г. Макеевка, 1 и 2 опереди).

3. Использование излишков установленных парогенерирующих мощностей промышленных ТЭЦ (ОАО “Ясиновский КХЗ”, г. Макеевка, 1 и 2 очереди).

3. Понижение параметров теплоносителей с излишне высоким потенциалом, отправляемых на выработку теплоты (ОАО “Сумыхимпром”, г. Сумы).

4. Использование излишков пара на предприятии путем сбора их у потребителей (использование струйных компрессоров, сброс излишков пара в паровую турбину с регулируемым отбором) (ОАО “Северодонецкий Азот”, г. Северодонецк; ДМЗ, г. Донецк; ОАО “Ровно-Азот”, г. Ровно; ООО “Миттал Стил”, г. Кривой Рог).

5. Преобразование котельных в мини ТЭЦ (ОАО “Угольная компания “Шахта “Красноармейская-Западная №1”, г. Красноармейск; ООО “Винницкий комбинат хлебопродуктов №2”, п.г.т. Десна, Винницкий р-н, Винницкая обл.; ОАО “Макеевкокс”, г. Макеевка; ОАО “Шахта “Краснолиманская” и др.).

6. Улучшение технико-экономических показателей функционирования ТЭЦ малой мощности, особенно в летний период (Ахтырский филиал ООО СП “Правэкс-Брок” (Ахтырская ТЭЦ), г. Ахтырка, Сумская обл.; ДП “Теплоэнергоцентралъ” ООО “БЭТ” (Кировоградская ТЭЦ), г. Кировоград):

Показательным примером успешного, в полном объеме (от ТЭО до пуска комплекса паровой турбины) внедрения на предприятии энергосберегающих мероприятий может служить проект расширения ТЭЦ ОАО “Ясиновский КХЗ” (“ЯКХЗ”) (г. Макеевка) [8]. Разработанные ИПМаш НАНУ технические предложения по энергосбережению с установкой паровой конденсационной турбины мощностью 12 МВт для завода, выполненные в 2002 г., были успешно реализованы в 2004-2006 гг. Генпроектировщик — ОАО “ДнепрВНИПИэнергопром” (г. Днепропетровск). Научно-технический концерн “ИПМаш ПАН Украины” (НТК) выполнял генподрядные работы на строительстве комплекса турбины ПТ-12/13-3,4/1,0-1 (ПТ-12) на ТЭЦ ОАО “ЯКХЗ”; в обязанности концерна входили организация работ и научно-техническое сопровождение строительства.

Турбина ПТ-12, установленная на ОАО “ЯКХЗ”, конденсационного типа с регулируемыми производственным и теплофикационным отборами пара (в настоящее время отключен) производства ОАО “КТЗ” работает в комплексе с генератором Т-12-2-УЗ и циркуляционной системой охлаждения на базе башенной градирни с расходом 3200 т/ч технической воды. Для приворда турбины используется острый пар, который вырабатывается на существующих котлах заводской ТЭЦ при сжигании коксового газа. Принципиальная тепловая схема ТЭЦ ОАО “ЯКХЗ” представлена на рисунке. Потребляемая заводом электрическая мощность составляет -14-14,5 МВт.

Пуск комплекса турбины ПТ-12 в 2006 г. позволил заводу полностью перейти на потребление собственной электроэнергии. Избытки электроэнергии направляются в сеть. Объем инвестиций на реализацию

проекта составил 31,2 млн. грн. Расчетная годовая прибыль ~9,1 млн. грн. Срок окупаемости инвестиций при тарифе на электрическую энергию 25 коп/кВт-ч и существующих ценах на коксовый газ и промпродукт ~3 года.

После выполненного ТЭО на Ахтырской ТЭЦ (с целью улучшения показателей работы станции в летний период) с января 2008 г. начата реализация проекта установки паровой конденсационной турбины К-0,85-0,45 мощностью 0,85 МВт, устанавливаемой на производственном отборе станционной турбины АП-6. Расчетный срок окупаемости проекта —3,4 года, инвестиции составят

—3300 тыс. грн. Генпроектировщик — ООО “УкрЦукор” (г. Винница). Изготовитель турбины К-0,85-0,45 — ЗАО “ЭНЕРГОТЕХ” (г. С.-Петербург). НТК “ИПМаш НАНУ” является генподрядчиком этих работ.

В” 2008 г. ИПМаш НАНУ выполнено ТЭО по энергосбережению с установкой малой паровой турбины для ОАО “Угольная компания “Шахта Красноармейская Западная №1”, г. Красноармейск. Простой расчетный срок окупаемости проекта установки паровой турбины Т-12-1,2-1,2 мощностью 12 МВт с регулируемым теплофикационным отбором (на шахтной котельной главной площадки установлены 3 котла КЕ-25-14, один работает на шахтном метане, два

— на твердом топливе) составил 5,7 года (при

стоимости с НДС твердого топлива — 325 грн./т, себестоимости электроэнергии в сети 0,42 грн./кВт-ч, в том числе НДС). Инвестиции на реализацию проекта оценены в 40 млн. грн. Выводы.

За счет использования при внедрении малых турбин уже имеющегося в котельной оборудования стоимость 1 кВт установленной мощности “под ключ” составляет от 300 до 600 USD в зависимости от мощности и типа турбины, что в два и более раза меньше, чем при строительстве новой ТЭЦ. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой мини-ТЭЦ, особенно при установке турбин с противодавлением, может быть значительно (в несколько раз) ниже, чем в сети. Кроме непосредственной экономической выгоды .от получения более дешевой электроэнергии при переводе котельных з мини-ТЭЦ повышается надежность обеспечения электроэнергией (турбогенераторы могут работать параллельно с сетью). Предприятия становятся энергонезависимыми.

Внедрение малых паровых турбин в Украине как автономного энергосберегающего энергоисточника к 2030 г. позволит иметь компенсационную установленную мощность 2250-2500 МВт, что составит 3-3,2 % от общей установленной электрической мощности к 2030 году. Годовая экономия топлива при этом может составить 1,2-1,3 млн. т у.т.

Для достижения даже 4-5 летнего срока окупаемости проектов перевода шахтных котельных в мини-ТЭЦ посредством установки малых паровых турбин необходим комплексный подход к решению задачи. Должны быть задействованы все основные возможности

повышения технико-экономических показателей: сжигание в котлах дешевого шахтного метана, повышение КПД котлов (вместо слоевого сжигания твердого топлива — ЦКС, водоугольное топливо), организация парогазовой надстройки.

Для успешного решения задач энергосбережения в Украине следует считать актуальным создание в стране производства современных паровых турбин малой мощности.