|
|
Главная страница -> Технология утилизации
Микрогазотурбинные электроагрега. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.Я. Щёлоков, кандидат тех. наук Реальная производственная деятельность невозможна без использования конструкционных материалов. Анализ данных по их производству показывает, что наиболее активно используется металлургическая продукция – практически половина из общего потребления всех материалов в мире. А структура используемых видов металла - почти 90% - это стальной прокат. Конечно, металлургам формально можно не беспокоиться – другая половина используемых конструкционных материалов – это железобетон (опять наполовину из железа), пиломатериалы и совсем немного, около 3-4% - это полимеры. То есть прямой альтернативы нет! Но все же она есть – в относительно рыночной структуре нашего общего экономического пространства, в сильной нашей зависимости: от внешнего мира, от колебаний цен на металлургическую продукцию, от всякого рода ограничений объемов сбыта и т.д., и т.п. Что же определяет ценовые показатели производства металла? Если сопоставить затраты энергии на производство металлов с показателями стоимости единицы их удельной прочности, то прослеживается практически прямая зависимость. А именно, стоимость единицы удельной прочности металлов прямо пропорциональна затратам энергии на их производство. Поэтому превышение энергоемкости отечественной продукции над среднемировыми показателями в 1,5 – 3 раза напрямую определяет проблемы металлургов на мировом рынке, да и на внутреннем. Здесь уже можно привести немало примеров. Но это в данном случае не наша задача. Последние годы со стороны руководства (владельцев) металлургических заводов наблюдается тенденция закрытия физических показателей производства. Практически единственное предприятие, как исключение из правила – это Магнитогорский металлургический меткомбинат (ММК), где не только ведут учет валовых и удельных показателей (энергоемкости) продукции, но и регулярно их публикуют в открытой печати. Правда, и здесь не вполне четко определено, к какому именно виду стальной продукции относят полные энергетические затраты. Но тем не менее, основные их показатели: 1996 г. – 1175 кг у.т. на т стали; 2000 г. – 915 кг у.т./т, 1996 г. – 660 кВт. ч/т; 2000 г. – 560 кВт. ч/т. В результате динамика полной энергоемкости изготовления продукции здесь следующая: снижение удельной энергоемкости ежегодно более чем на 5%. В индустриальных странах не более чем на 1,5%. Косвенно подтверждается, что у нас энергозатраты не менее чем в 2,5 – 3 раза выше; доля электроэнергии в полной энергоемкости продукции для завода с полным металлургическим циклом менее 25%. То есть 75-80 % всех энергозатрат –это первичное топливо, тепловая энергия в виде ВЭР, потерь при транспортировке горячей воды, пара, сжатого воздуха; темпы снижения удельных расходов электроэнергии ниже на 20%,чем аналогичный показатель по суммарным энергозатратам и не менее, чем на 30 %, если относить к темпам снижения удельных расходов первичного топлива и тепловой энергии. Одна из причин - для сбережения электроэнергии нужны большие инвестиции. На основании показателя полной энергоемкости продукции довольно легко оценить и энергетическую составляющую в цене продукции. По экспертным оценкам она составляет не менее 18 – 20%. Следует обратить внимание на то, что в 2000 г. введен ГОСТ Р51541-99 «Энергетическая эффективность», в соответствии с которым определение полной энергоемкости изготовления продукции является по сути дела обязательным для промышленных предприятий. Поэтому самым первым стратегическим условием качественного ведения процесса энергосбережения на любом предприятии, тем более таком энергоемком, как металлургический завод, – это сквозной энергетический анализ, как это называли где-то начиная с 1980 г., или определение полной энергоемкости изготовления продукции, как это сформулировано в выше указанном ГОСТе. Причем методическая часть этих расчетов подробно описана и опубликована неоднократно и совсем недавно в издательстве УПИ. Конечно, в каждом случае потребуется учет сырьевых и производственных особенностей каждого завода в отдельности. Хочется еще раз подчеркнуть, что без данного регулярно выполняемого методического приема предприятие будет заниматься энергопотреблением и тем более энергосбережением, как бы весьма нечетко различая ориентиры. Второй стратегический вопрос: что такое энергетика для металлургического предприятия – профильное или непрофильное занятие? На каждом металлургическом заводе должны быть источники по производству не только пара, воды, сжатого воздуха, доменного дутья, но и по производству электроэнергии. Так было всегда. Возьмите старые заводы Серова, Аши и относительно новые – ВИЗ, ПНТЗ, СинТЗ – везде сооружались ТЭЦ. Отсюда следует вывод – энергетика есть профильное занятие как для металлургов, так и для других технологов. Электрическая мощность ТЭС определяется здесь, как минимум, двумя условиями: она должна покрывать мощность собственных нужд самой станции и плюс мощность потребителей I категории. Почему произошла авария на НТМК в 2000 г. с его полной остановкой? Потому что этот очевидный энергетический принцип стал непрофильным для комбината. ТЭЦ в тот период не покрывала своих собственных нужд, не говоря о каких-то других потребителях; на металлургическом заводе много самых различных отходов, в том числе и топливных. Сжигать их на так называемой ПВЭС - это снижение надежности работы доменного цикла, КХП и т.п. Нужны специальные энергетические установки. По информации опять же с ММК, в Японии этим занимаются «чистые» энергетики, частные компании, которые строят свои электростанции рядом с металлургическим заводом на отходах металлургов. У нас пока это вряд ли возможно. Надо все эти отходы или выбрасывать, что нередко практиковалось, или использовать самим. Часто приходится слышать, что оборудование ТЭЦ, ТЭС эксплуатировать энергетикам металлургических заводов нереально. Что здесь нужны специалисты, которые есть только в Минэнерго, сейчас в РАО. Но возьмем производство доменного дутья – это удел только металлургов, и за весь советский период в состав Минэнерго ни одна ПВС не попала. Одна из причин – турбовоздуходувка – как агрегат сложнее, чем любая турбина. А привод прокатных станов это не асинхронный привод сетевого или питательного насосов. Причина опять же в делении энергетики на профильную и непрофильную. Еще одна тема современных дискуссий - какая мощность должна быть у заводских ТЭЦ, ТЭС? Здесь разбег мнений от 0 до 100%. О минимальной мощности уже говорилось выше. Где-то очень приблизительно это около 20% средней электрической мощности, потребляемой заводом. Это то, что требуется обязательно, практически без учета текущих экономических выгод или даже возможных финансовых потерь при сопоставлении себестоимости собственной электроэнергии и тарифа от АО-энерго (ФОРЭМа). Это минимум мощности по надежности и технологической самоответственности. Но все же есть другой показатель, который обычно выше предыдущего. Это возможности завода обеспечить комбинированную выработку электроэнергии при полном тепловом потреблении пара энергетического и ВЭР, сдроселлированного в противодавленческих турбинах. Причина проста. В этом случае в противодавленческом турбогенераторе расход топлива на 1 кВт.ч составляет 0,18 кг у.т., при цене 1 кВт.ч - менее 20 коп. Причем на каждые 30-50 кг насыщенного пара, вырабатываемого в котельных, можно почти бесплатно получить 1 кВт. ч электроэнергии (см. табл.). Здесь не следует ограничиваться только заменой существующих редукционно-охладительных установок (РОУ) на противодавленческие турбины. УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ПАРА ТУРБИНАМИ (сводная таблица) Примерный расход пара при производстве энергии турбинами серийного производства с механическим приводом, кг/кВт-ч БОЛЬШИЕ турбины (745 кВт и выше) СРЕДНИЕ турбины (110 кВт и выше) МАЛЫЕ турбины (75 кВт и менее) КПД = 65% КПД = 33% КПД = 20% А- фактический расход пара. кг/кВт ч; Б- температура выпуск трубы,°С или процент влажности Входное давление 37,4 атм, изб. 37,4 атм, изб. 17 атм, изб. 10,2 атм, изб. 6,8 атм, изб. 3,4 атм.изб. Выпуск 371,11°С 248,74°С 207,79°С 185,48°С 169,94°С 147,59°С 6,8 атм,изб. Теор. РП 9,66 12,33 22,79 52,14 А Б А Б А Б А Б А Б А Б БОЛЬШИЕ 14,87 229,8 18,96 7,6% 35,06 3,6% 80,22 1,5% СРЕДНИЕ 29,28 285,1 37,46 3,1% 69,06 1,2% 158,0 0,4% МАЛЫЕ 48,32 308.0 61,63 1,2% 113,95 0,2% 260,7 169,9 3,4 атм,изб. Теор. РП 7,51 9,35 13,98 20,9 33,96 БОЛЬШИЕ 11,56 190,3 14,39 9,1% 21,51 5,4% 32,15 3,5% 52,25 2,1% СРЕДНИЕ 22,78 263,5 28,33 3,3% 42,38 1,5% 63,33 0,9% 102,90 0,5% МАЛЫЕ 37,58 293,7 46,75 0,9% 69,92 148,0 104,49 149,3 169,80 149,0 2,04 атм.изб. Теор. РП 6,62 8,14 11,31 15,3 21,1 53,61 БОЛЬШИЕ 10,19 166,5 12.53 9,9% 17,40 6.4% 23.54 4,5% 32,46 3,2% 82,48 1,3% СРЕДНИЕ 20,06 250,9 24,68 3,3% 34,29 1,7% 46,37 1,1% 63,94 0.7% 162,46 0,3% МАЛЫЕ 33,09 285,6 40,72 0,6% 56,57 137,0 76,52 138.0 105,50 137,6 268,06 135,9 0.68 атм,изб. Теор. РП 5,61 6,81 8,77 10,88 13,41 21,34 БОЛЬШИЕ 8,67 130,7 10,48 10,9% 13.50 7,7% 16,75 6,0% 20,63 4,8% 32,83 3,0% СРЕДНИЕ 16,99 232,4 20,64 3,3% 26,59 1,8% 32,99 1,2% 40,64 0,9% 64,67 0,6% МАЛЫЕ 28,04 274.0 34,05 0,2% 43,86 121,9 54,44 122,7 67,06 122,0 106,71 119,8 760 мм рт.ст. Теор. РП 4,98 6,0 7,41 8,80 10,32 14,29 БОЛЬШИЕ 7,66 101,4 9,24 11,8% 11,40 8,7% 13,56 7,2% 15,90 6,0% 22,00 4,3% СРЕДНИЕ 15,10 217,7 16,18 3,3% 22,45 1,8% 26,68 1,3% 31,30 1,1% 43,32 0,7% МАЛЫЕ 24,91 265,0 30,00 102,3 37,03 110,8 44,02 111,3 51,64 110,5 71,48 107,9 87,4 мм рт ст.Теор. РП 3,50 4,19 4,74 5,20 5,64 6,53 БОЛЬШИЕ 5,47 4,2% 6,45 14,6% 7.29 12,1% 8,00 10,9% 8,68 10,0% 10,05 8,6% СРЕДНИЕ 10,77 166,3 12,69 3,1% 14,35 1,9% 15.77 1,6% 17,11 1,4% 19,80 1,2% МАЛЫЕ 17,77 234,2 20,95 69,17 23,68 76,7 26,07 76,3 28,22 74,7 32,67 71,0 Другие реальные направления: использование пара котлов-утилизаторов с организацией их подтопки природным газом; замена водогрейных котлов на паровые с установкой тех же турбин и бойлерных (трансоников); срабатывание давления природного газа; то же самое с давлением колошниковых газов; использование конверторных газов, как топлива; использование топливных отходов и т.п. То есть формальная установка ТЭС в её классическом виде на промышленном предприятии – это только частичное решение проблемы. Здесь необходимы целевые энергетические обследования заводов с ранжированием мероприятий по принципу инвестиционной привлекательности. Особо хочется сказать о водогрейных котлах. Определение водогрейного котла в технической литературе США– это устройство, создающее насыщенный пар при низком давлении (до 10 атм). И такие котлы должны использоваться для получения механической энергии (привод турбогенераторов). Есть схемы, когда турбины с противодавлением используются для привода питательных насосов котлов. Напрашивается коренной пересмотр существующих тепловых схем, сложившихся на промышленных предприятиях. То есть та экономическая ситуация, в какой мы оказались, диктует требование – частичную замену водогрейной нагрузки паровой, в виде хотя бы насыщенного пара низкого давления при организации комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. К сожалению, комбинированное производство электрической и тепловой энергии на металлургических заводах имеет одно существенное ограничение – это резко переменное давление как пара ВЭР, так и топливных ВЭР. Хотя это в ряде случаев вполне решаемая техническая задача. Из других стратегических направлений следует выделить: децентрализация энергообеспечения объектов, уход от централизованных компрессорных, бойлерных и даже котельных; стабилизационная обработка энергетической и охлаждающей воды с помощью антинакипинов; использование испарительного охлаждения доменных печей, прокатных станов и др.; реконструкция электроприводов переменного тока. Причем здесь возможно не только частотное регулирование, возможно ступенчатое регулирование скорости или так называемый «мягкий пуск», и просто замена электродвигателей на меньшую мощность. Если же говорить о чисто технологических проблемах энергосбережения, то хотелось бы обратить внимание только на один вопрос - потери энергии с охлаждающей водой. Здесь заводы оказались так же заложниками «бесплатной» энергии советского производства. На любом заводе есть централизованные оборотные циклы водоснабжения и охлаждения, на функционирование которых расходуется огромное количество электрической энергии. Особенно это характерно для трубных заводов, для заводов с МНЛЗ и др. Обычно здесь рекомендуют использование тепловых насосов. Это реальное дело, если экономически оправдано. Но предварительно необходим пересмотр условий работы оборотных циклов. Одно из направлений – повышение температурного перепада за счет организации стабилизационной обработки воды. Расход воды можно сократить в 2 и даже в 3 раза за счет роста температурного перепада. Заодно возрастает возможность получения экономически оправданных затрат при установке теплового насоса. Тем более, если электроэнергия будет собственного производства на комбинированной выработке. В заключение хотелось бы снова обратиться к зарубежной практике. Собственных примеров, к сожалению, не хватает. Например, масштабы оборотов при реализации энергосберегающих мероприятий. Так, объемы использования антинакипинов и ингибиторов коррозии в США – более $7 млрд. в год, и наблюдается ежегодный прирост объема этих продаж. У нас в России менее $5-6 млн., т.е. в 1000 раз ниже, и заметных приростов объема продаж не наблюдается. Возможно, это и есть суммарный показатель понимания – там и у нас: что же такое Промышленная Энергетика?
Микрогазотурбинные электроагрегаты (микро ГТЭА) Capstone (США) предназначены для производства электроэнергии трехфазного переменного тока напряжением 400-480 В, частотой 50 Гц. Микро-ГТЭА Capstone представляет собой компактную энергоустановку, в которой электрический генератор конструктивно совмещен с газовой микротурбиной. Турбина, компрессор и ротор генератора установки, размещенные на одном валу, вращаются с частотой 96000 об/мин и удерживаются воздушными (аэродинамическими) подшипниками в подвешенном состоянии, исключающем механический контакт вала с корпусом агрегата. Указанное обстоятельство обусловливает очень высокий срок службы электроагрегата. Электрический генератор агрегата (турбогенератор) производит электроэнергию (ЭЭ) переменного тока высокой частоты (до 1600 Гц), которая с помощью полупроводникового блока последовательно преобразуется сначала в ЭЭ постоянного тока, а затем снова в ЭЭ трехфазного переменного тока (напряжением 400 В частотой 50 Гц). Из приведенной схемы следует, что электроагрегат является также источником ЭЭ постоянного тока, которая используется для подзаряда собственной аккумуляторной батареи (АБ) и для питания потребителей постоянного тока. Основные особенности микро-ГТЭА Capstone Простота монтажа и ввода в эксплуатацию без больших финансовых и трудовых затрат на проектные, строительные и монтажные работы. Простота и высокая надежность электроагрегата, благодаря применению одноступенчатой турбины и одноступенчатого компрессора, с которыми в единый узел конструктивно совмещен электрогенератор. Применение воздушных (аэродинамических) подшипников, исключающих механический контакт вращающегося вала газовой турбины с корпусом агрегата. Отсутствие жидкой смазки. Эффективное охлаждение генератора потоком воздуха, используемого газовой турбиной. Очень низкий уровень вибраций (практически отсутствует). Низкий уровень излучаемого шума без применения специальных шумопоглощающих кожухов. Высокий ресурс - срок службы до капитального ремонта 60000 часов. Способность работать без перенастройки на разных видах топлива: природный, шахтный, сжиженный, попутный газы даже с высоким содержанием сероводорода, биогаз, а также жидкое дизельное топливо и керосин. Низкие требования к качеству топлива (загрязненностям, примесям) в сочетании с малой концентрацией вредных веществ в выбрасываемых продуктах сгорания (подтверждается соответствующими сертификатами специальных органов по охране окружающей среды). Микропроцессорная цифровая система контроля и управления высокой надежности, обеспечивающая многофункциональность автоматических режимов работы и широкий спектр практического использования энергоустановки и ее защиту в аварийных ситуациях. Возможность удаленного управления и контроля через каналы связи и сети интернет/интранет. Варианты исполнения микро-ГТЭА Морское Арктическое Работа (параллельная) только с сетью Работа в автономном режиме и с сетью Работа в режиме резерва Варианты давления топлива на входе: низкое, высокое Выкатной защитный кожух из металла или пластика для применения агрегата вне помещения Варианты применения микро-ГТЭА Резервирование энергоснабжения Автономное производство электроэнергии (электроснабжение отдаленных поселков, отдельностоящих зданий, стройплощадок, нефтяных месторождений, нефтевышек, удаленных станций связи и других объектов, где централизованная сеть недоступна) Когенерация - одновременное производство электроэнергии и тепла Технические характеристики микро-ГТЭА Capstone Параметр Тип ГТЭА С30 С60 Электрическая мощность, кВт 30 60 КПД по электроэнергии 28% ±2% КПД когенерации 80% Напряжение, В 400…480 Максимальный ток в фазе, А 46 100 Частота тока, Гц 50/60 Масса, кг 478 758 Масса АБ при автономной работе, кг 173 363 Размеры (ДхШхВ), мм 1900х714х1344 2108х762х195 Топливо Газ, керосин, диз.топливо Газ Давление топлива на входе, бар 0,3…3,8 5,2…5,6 Расход топлива при номинальной нагрузке 12 нм3 22 нм3 Температура выхлопных газов 270 oC 305 oC Выход тепловой энергии с выхлопными газами при использовании когенерации, кДж/ч (кВт) 305000 (60) 571000 (120) Выход тепловой энергии при сжигании дополнительного топлива в выхлопных газах, кВт Не менее 120 Не менее 240 Выброс вредных веществ при 15 % О2 в выхлопе <9ppmVNOx Уровень шума на расстоянии 10 м, dB 58 70 Частота вращения турбины, об/мин 96000 Периодичность технического обслуживания, ч 8000 Срок службы до капитального ремонта, ч 60000 Вывоз мусора городских и утилизация отходов Ресурсосберегающие технологии. Эско №1,2002 - когенераторные установки с двигателями внутреннего сгорания. Директива европарламента и евросовета по энергоэффективности. Методическое обеспечение. Эско №1,2002 - энергокомплекс в г. зеленограде. Главная страница -> Технология утилизации Экологически чистая мебель: |
