теплообменники
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Опыт внедрения турбогенераторной установки в отопительной котельной

К.т.н. В.А. Шакиров, ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет»;
А.М. Шакиров, инженер, г. Братск

В промышленных и отопительных котельных, где производится выработка пара высоких параметров, а затем снижение его параметров путем дросселирования в редукционных установках (РУ), существуют значительные резервы повышения энергоэффективности теплоисточников.

Действенным энергосберегающим мероприятием для котельных может быть замена РУ редуцирующими турбогенераторами (ТГ), что повышает эффективность использования топлива в котельной, позволяет создавать автономный источник электроэнергии, благодаря чему повышается надежность котельной, которая становится менее зависимой от аварий во внешней системе электроснабжения. Кроме того, обеспечивается выработка электроэнергии в месте ее потребления, вследствие чего исключаются расходы на транспортировку и приобретение электроэнергии.

Одним из таких энергосберегающих проектов является реконструкция действующей котельной 45-го квартала города Братска Иркутской области.

Изначально котельная обеспечивала паром высоких параметров (1,4 МПа, 225 ОС) технологические процессы завода «Сибтепломаш». Для этого в котельной были установлены три паровых котла КЕ-50-14-225, работающие на угольном топливе. Также в котельной установлены два водогрейных котла КВР-35-150 и водогрейный котел КВТС-30. После закрытия части цехов пар высоких параметров стали направлять через РУ в общий коллектор с давлением 0,3-0,5 МПа для использования в деаэраторах и пароводяных подогревателях.

В настоящее время котельная обеспечивает отопление и ГВС жилого района города. В летнее время в работе находятся только паровые котлы, и ГВС осуществляется от пароводяных подогревателей. Расход пара в отопительный период составляет до 40 т/ч, в летнее время - до 30 т/ч. Для выравнивания тепловой нагрузки установлены четыре бака-аккумулятора вместимостью по 700 м3.

В результате реконструкции котельной в 2012 г. была установлена турбина с противодавлением, что позволило осуществлять редуцирование пара и получать электроэнергию (мощность - 500 кВт) в круглогодичном режиме без существенных затрат топлива. На рис. 1 представлен фрагмент принципиальной тепловой схемы котельной.

Рис. 1. Фрагмент принципиальной тепловой схемы котельной:
1 - котлоагрегат; 2 - редуцирующее устройство; 3 - дренаж; 4 - турбина; 5 - генератор; 6 - подогреватель сетевой воды; 7 - пар на химводоочистку; 8 - деаэратор; 9 - топливоподача.

Выполнен монтаж блочной турбогенераторной установки с противодавлением типа Кубань-0,5 (ТГ-0,5/0,4 Р12/4,5) (рис. 2). Она предназначена для выработки электроэнергии и рассчитана на продолжительное время эксплуатации параллельно с энергосистемой, длительную автономную работу и параллельную работу с однотипными генераторами на локальную сеть, а также для обеспечения паром технологических нужд. Основные технические параметры ТГ и их допустимые изменения приведены в таблице. Турбина Кубань-0,5 укомплектована синхронным генератором типа СГ-500-4УЗ с бесщеточной системой возбуждения.

Рис. 2. Турбогенераторная установка с противодавлением типа Кубань-0,5 в котельной 45-го квартала г. Братска Иркутской области.

Таблица. Параметры работы турбогенераторной установки ТГ-0,5/0,4 Р12/4,5.

Параметры Номинальное значение и диапазон изменения
Мощность при cos φ=0,8, кВт 500 (0-500)
Частота вращения ротора, мин-1:

- турбины

- генератора

8000 (0-8800) 1500 (0-1650)
Давление (абсолютное) сухого насыщенного пара перед быстрозапорным клапаном, МПа 1,3(1,1-1,3)
Температура пара перед быстрозапорным клапаном, °С, не менее 191
Давление (абсолютное)пара за турбиной, МПа 0,4 (0,3-0,5)
Расход насыщенного пара при номинальных параметрах пара, т/ч 16
Расход охлаждающей воды, м3 30 (10-35)

В условиях действующей котельной выбор места установки турбогенератора представляет определенную трудность в здании, заполненном оборудованием. Необходимо было минимизировать длину паропроводов свежего и отработавшего пара, коммуникаций водопровода, дренажа и канализации, установить электротехнические устройства и пункт управления, соорудить фундамент.

Выбор места осуществляла специальная комиссия с участием представителя проектной организации. Было решено установить турбогенератор вместо ранее демонтированного котла КВТС-30 № 4. Такое решение определили близость к паропроводам, главному щиту управления котельной и относительная простота транспортировки турбины до места монтажа. Транспортировать турбогенератор по зданию котельной было практически невозможно, поэтому его через разобранное остекление фасада котельной перенесли с помощью крана на отметку 4,8 м и затем по уложенным двутавровым балкам установили на фундамент.

Фундаменты котлоагрегата № 4 представляли собой десять железобетонных колонн сечением 200x200 мм, опирающихся на свайное поле, а в верхней части объединенных зольником (бункером). По заключению проектной организации, подтвержденной экспертами, фундаменты не соответствовали требованиям прочности по динамическим нагрузкам. Кроме того, на бункер продолжительное время оказывались температурные и химически агрессивные воздействия, вследствие чего он потерял прочность. Поэтому в проекте предусмотрели установку турбины на новой железобетонной плите, опирающейся на три поперечных пилона. Недостатком этого решения стало то, что в котельном цехе существует некоторая запыленность. Планируемый перевод котельной на сжигание природного газа должен устранить этот недостаток.

Рис. 3. Тепловая схема турбогенератора ТГ-0,5/0,4Р12/4,5:

1 - стопорный клапан; 2 - парораспределение;
3 - турбина; 4 - эжектор системы отсоса;
5 - ротор генератора; 6 - редуктор;
7 - маслоохладитель; 8 - редуцирующее устройство.

На рис. 3 приведена тепловая схема турбогенератора. Свежий пар давлением 1,3 МПа и температурой выше 191 ОС поступает в турбину 3 через стопорный клапан быстрозапорного клапана 1 и парораспределение 2, обеспечивающие пуск и останов турбогенератора при заданных параметрах. Проходя через проточную часть турбины, пар приводит во вращение ее ротор и ротор генератора 5, связанный с ним через редуктор 6 с помощью зубчатых муфт.

Для поддержания постоянного давления пара за турбогенератором в схеме предусмотрен автоматический регулирующий клапан, который при изменении электрической нагрузки или останове ТГ перепускает часть пара в обход турбины через РУ. Отработавший пар давлением 0,25 - 0,3 МПа из турбины поступает на производственные нужды. Для защиты выхлопной части турбины от превышения давления служит предохранительный клапан, настроенный на начальное открытие при P=0,65 МПа.

Система смазки подшипников турбины и редуктора, зубчатого колеса редуктора в номинальном режиме обеспечивается маслом от насоса-регулятора, а в режимах пуска и останова - от пускового масляного насоса. Для снабжения маслом редуктора и подшипников турбины на время выбега ротора при аварийном останове ТГ установлен аварийный маслобак вместимостью 0,2 м3. При останове ТГ и отказе пускового масляного насоса масло самотеком (за счет расположения аварийного маслобака на высоте более 2 м относительно оси ТГ) поступает на смазку подшипников. Время опорожнения аварийного маслобака составляет около 10 мин, т.е. за этот промежуток необходимо остановить вращение ротора, отключив генератор от сети и прекратив доступ пара в корпус турбины.

Отсос паровоздушной смеси из уплотнения турбины, стопорного клапана и парораспределения турбины осуществляется эжектором системы отсоса, в охладителях которого пар полностью конденсируется, а воздух удаляется в помещение. Рабочий пар на эжектор поступает из линии свежего пара через запорный вентиль.

Дренажи от паропровода свежего пара и продувка стопорного клапана направляются в систему дренажей и продувок паросиловой установки. Для охлаждения масла используется техническая вода. Маслоохладитель и охладители эжектора подключены по охлаждающей воде параллельно. Слив ее выведен в канал гидрозолоудаления.

Подключение генератора было осуществлено к шинам 0,4 кВ ТП-61 10/0,4 кВ собственных нужд, т.к. ранее к ячейке 0,4 кВ подключалась нагрузка котлоагрегата № 4, к тому времени демонтированного. Технические условия электросетевой компании предусматривали отключение соответствующих вводов 10 кВ на центральном распределительном пункте котельной при исчезновении напряжения на питающих фидерах и изменении направления мощности. С учетом изложенного была принята система параллельной работы генератора с энергосистемой без выдачи мощности в сеть. Проектом предусмотрены и смонтированы, проверены и испытаны в необходимом объеме оборудование, устройства защиты и автоматики, контрольно-измерительные приборы и сигнализация (рис. 4), провода и кабели, средства защиты, в том числе счетчики передаваемой активной и реактивной энергии. К трансформаторам напряжения, трансформаторам тока вводных ячеек 10 кВ подключены реле направления мощности. К трансформаторам тока ячейки генератора подключили защиту: токовую отсечку, максимальную токовую защиту, защиту от перегрузки.

Рис. 4. Смонтированная дополнительно система контроля параметров и управления работой турбогенераторной установки.

Схема управления генератором предусматривает возможность ручного регулирования мощности и автоматического поддержания работы генератора в заданных пределах перетока мощности от шин питающей котельную подстанции «Заводская» в сторону распределительного устройства 10 кВ котельной.

До ввода в эксплуатацию турбогенератора, работающего параллельно с сетью электросетевой компании, были разработаны и согласованы режимы малой электростанции. Количество вырабатываемой электроэнергии в летнее время достаточно для автономной работы котельной. Однако изолированная работа турбогенератора может рассматриваться только в аварийном режиме, т.к. изменение противодавления пара на выходе из турбины приводит к снижению качества вырабатываемой генератором электроэнергии.

Перед запуском турбогенератора были проведены наладочные испытания, предусмотренные правилами технической эксплуатации. При запуске турбины в автономном режиме обнаружились колебания напряжения, частоты и нагрузки генератора в зависимости от изменения противодавления. Но при параллельной работе с энергосистемой обеспечивается поддержание постоянного напряжения и частоты в электросети. На рис. 5 представлены графики зависимости электрической мощности турбогенератора от расхода и параметров пара.

Рис. 5. Графики зависимости электрической мощности турбогенераторной установки от расхода пара при давлении P0=1,4 МПа (а) и 1,3 МПа (б).

Для выхода турбогенератора на номинальную мощность было снижено давление в коллекторе до 0,25 МПа. При дальнейшем снижении ухудшались показатели качества питательной и подпиточной воды по содержанию кислорода вследствие ухудшения работы деаэраторов. Тем не менее, при расходе пара 16 т/ч и противодавлении 0,25-0,3 МПа ТГ выдавал проектные 450500 кВт электрической мощности. Расход пара через редуцирующие устройства соответственно снижался.

В заключение следует отметить, что при установке турбогенератора в здании действующей котельной необходимо особенно тщательно подходить к выбору для него места. Следует учитывать существующее давление в коллекторе за редуцирующими устройствами и возможность его снижения при обеспечении оптимальной работы турбогенератора. Реконструкция обусловливает повышение требований к квалификации персонала котельной, что положительно отражается на производительности труда. Появляется дополнительная возможность регулирования процесса производства тепловой и электрической энергии.

Ответ на запрос редакции «НТ» об эксплуатации турбогенератора ТГ 0,5/0,4 Р13/4,5

С момента ввода в эксплуатацию турбогенераторной установки с противодавлением типа Кубань-0,5 (ТГ-0,5/0,4 Р13/4,5) по настоящее время серьезных отказов в работе систем не наблюдалось, однако с некоторыми проблемами персоналу котельной все-таки пришлось столкнуться.

Первым серьезным препятствием стало отсутствие в комплекте поставки турбины шкафов управления, генераторного ввода, возбуждения. Специалистами компании была привлечена к работе организация из Санкт-Петербурга, осуществляющая производство подобной электротехнической продукции. Турбогенератор был укомплектован современными шкафами генераторного ввода (ШГВ), возбудительного устройства (ШВУ) с AVR, также была произведена доукомплектация установки системами КИПиА.

Немаловажной стала проблема подготовки персонала для эксплуатации и обслуживания ТГ Учебные центры города не готовят кадры по профессии машинистов турбин. Было принято решение провести обучение персонала собственными силами. Специалистами предприятия, имеющими богатый опыт эксплуатации турбин Калужского завода, была составлена и согласована с надзорными органами программа обучения профессии машинистов турбины. Были изготовлены учебные пособия в виде цветных плакатов увеличенного размера, отпечатанных в типографии. Обучение и аттестацию прошли старшие машинисты и начальники смен котельной, которыми и осуществлялся пуск турбогенератора после монтажа.

После нескольких месяцев работы возникли недопустимые шумы в подшипниках качения генератора. Подшипники пришлось заменить. Этот дефект легко объясним, если учесть, что агрегат с 1995 до 2012 г. находился на консервации под открытым небом, а затем транспортировался на грузовом автотранспорте на расстояние около 7000 км.

В неотопительный период, из-за отсутствия паровой нагрузки на нужды деаэрации, агрегат возможно загрузить всего на 50% номинальной мощности, но это связано скорее с особенностями технологического процесса, чем с непосредственно работой ТГ

В остальном замечаний по работе турбогенератора не имеется. Штатные защиты работают безупречно.

За 2013 г. было выработано около 2500 тыс. кВтч электроэнергии. Достигнут положительный экономический эффект, с учетом средств, привлеченных для реализации проекта и условий работы оборудования срок окупаемости составит 4 года.

Учитывая положительный опыт внедрения, рассматривается возможность установки второго турбогенератора, который сможет обеспечивать покрытие еще минимум 20% собственных нужд в электроэнергии в отопительный период.

Главный инженер ООО «Братская электрическая компания»
А.А. Рыбников

В.А. Шакиров, А.М. Шакиров, Опыт внедрения турбогенераторной установки в отопительной котельной

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения" №08 (168), 2014 г. , www.rosteplo.ru/nt/168

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Программы Auditor