Схемы когенерационных установок на базе газопоршневых двигателей

Схемы когенерационных установок на базе газопоршневых двигателей

Рассмотрим возможные схемы утилизации отводимой от двигателя теплоты. В таком случае одновременная выработка электрической и тепловой энергии позволяет рассматривать данные установки как когенерационные, работающие по свободному электрическому графику и вынужденному тепловому.

В таких схемах теплообменники системы охлаждения двигателя являются утилизационными теплообменниками, позволяющими получать полезную тепловую энергию в виде отводимой от двигателя горячей воды или пара.

На рис.7.11 представлены различные схемы утилизационных установок. Вода, циркулирующая в контуре потребителя тепловой энергии (ПТЭ) (рис.7.11 а), последовательно проходит теплообменник охлаждающей жидкости (ВВТ) и затем газоводяной подогреватель (ГВТ), в котором нагревается до 91-95 о С и направляется тепловому потребителю.

В схеме на рис.7.11 в охлаждающая жидкость (тосол) циркули-

рует в замкнутом контуре, повышая свою температуру в газожидкостном теплообменнике за счет теплоты уходящих газов. Затем охлаждающая жидкость проходит сетевой подогреватель (СТО), в котором отдает теплоту сетевой воде. Отсутствие промежуточного теплоносителя упрощает схему утилизации отводимой от двигателя теплоты.

При ограниченной потребности в тепловой энергии утилизируется только теплота отработанных газов двигателя. В этом случае система утилизации существенно упрощается и ограничивается вторичным замкнутым контуром, включающим в себя только два теплообменника ГВТ и СТО. Схема такой установки представлена на рис.7.11 г.

Рис.7.11. Схемы утилизации тепловой энергии двигателей внутрен-

ОГ — отработанные газы; ОЖ — охлаждающая жидкость двигателя; 1 — генератор; 2 — двигатель; 3 — газоводяной теплообменник; 4 — водо-водяной теплообменник; 5 — насос в системе охлаждения двигателя (штатный); 6 — сетевой теплообменник; 7 — циркуляционный насос

На рис 7.12 представлена схема когенераторной установки с паровым котлом-утилизатором и водоподогревательной установкой системы отопления. Такие установки находят применение на промышленных предприятиях [27]. Примером такого решения может явиться мини-ТЭЦ одного из промышленных предприятий, в состав которой входят три газопоршневых двигателя, суммарной номинальной электрической мощностью 18 МВт. Мощность паровой части установки — 9 МВт (отпускается насыщенный пар при давлении 0,9 МПа). Мощность водяной части установки — 8 МВт (отпускается вода при температурном графике 95/50 о С). Горячая вода, используе-

мая в системе отопления, подогревается в газоводяном подогревателе, установленном за котлом-утилизатором.

Рис.7.12. Схема когенерационной установки для выработки пара и горячей воды:

1 – газопоршневой двигатель; 2 – теплообменник охлаждения двигателя; 3 – охладитель смазочного масла; 4 – паровой котел — утилизатор; 5 – газоводяной охладитель; 6 – система отопления; 7 – система ГВС; 8 – теплообменник системы ГВС; 9 — паропотребитель

Далее рассмотрим когенераторную схему источника энергоснабжения средней мощности (электрическая мощность до 500 кВт), вырабатывающего тепловую энергию в виде горячей воды, идущей на отопление и ГВС.

На рис.7.13 приведена тепловая схема автономного источника энергоснабжения на базе газопоршневых двигателей.

В состав тепловой схемы входят два газопоршневых двигателя 1, которые покрывают базовые электрические и тепловые нагрузки. Один из двигателей может выполнять роль резервного агрегата.

Отводимая из системы охлаждения двигателей теплота утилизируется в пластинчатых теплообменниках 2. Антифриз с помощью насоса 5 циркулирует в системе охлаждения двигателей и передает свою теплоту воде, циркулирующей с помощью насоса 6 в замкнутом контуре системы отопления. Вода из теплообменников 2 по трубопроводу прямой воды проходит пластинчатый газоводяной теплообменник 3, в котором догревается до температуры 90 – 95 ºС газообразными продуктами сгорания топлива, отводимыми от двигателей в атмосферу. Вода, пройдя газоводяные теплообменники, поступает в коллектор прямой воды 11, из которого насосом 13 подается на отопительные приборы системы отопления.

Водопроводная вода системы ГВС подогревается в емкостном теплообменнике (бойлере) 15 до температуры 65 ºС, поддерживаемой с помощью термостата, и затем подается потребителям. Циркуляция воды в системе ГВС обеспечивается насосом рециркуляции 17.

В летний период при отсутствии отопительных и вентиляционных нагрузок вырабатываемая в газопоршневых двигателях тепловая энергия идет только на нужды ГВС. В этот период возможна работа только одного двигателя. При сохранении выработки электрической энергии от двух генераторов образуются излишки полезно используемой тепловой энергии. Указанная теплота отводится в атмосферу в охладителях 4, в которых охлаждающей средой является воздух, подающийся в них с помощью вентиляторов. Данные охладители устанавливаются на крыше здания источника энергоснабжения.

В зимний период во время максимальных отопительных, вентиляционных нагрузок, а также максимальных нагрузок ГВС тепловой энергии, вырабатываемой газопоршневыми двигателями, может не хватать для их покрытия. В этом случае недостающая тепловая энергия вырабатывается пиковым водогрейным котлом 7, подключенным к системе теплоснабжения по параллельной схеме и подающим теплоноситель с помощью насоса 8.

Для стабилизации температурного режима с целью защиты пикового котла предусматривается установка рециркуляционного насоса 9.

Технические характеристики газопоршневых двигателей приведены в табл. 7.1.

Технические характеристики газопоршневых двигателей с двигателями Ford и GM.

Модель и показатели	FG27P1 FG30E1	FG34P1 FG40E1	FG40P1 FG46.5E1	FG51P1 FG60E1	FG65P1 FG75E1	FG85P1 FG100E1	GMG110P1 GMG125E1
Мощность кВА/кВт	21,6/24 27/30	27,2/32 34/40	32/38 40/46,5	40,8/48 51/60	52/60 65/75	68/80 85/100	88/100 110/125
Модель двига­теля	Ford ESG642	Ford ESG642	Ford ESG642	Ford WSG 1068	Ford WSG 1068	Ford WSG 1068T	GM Vortec 8.1L
Модель генера­тора	LL1014S	LL2014C	LL2014C	LL2014H	LL2014J	LL3014B	LL3014F
Количество цилиндров	6V	6V	6V	8V	8V	8V	8V
Объем цилин­дра, л	4,2	4,2	4,2	6,8	6,8	6,8	8,1
Диаметр/ход поршня, мм	96,8/95,0	96,8/95,0	96,8/95,0	90,2/105,8	90,2/106	90,2/106	108/111
Степень сжатия	9,3:1	9,3:1	9,3:1	9,0:1	9,0:1	9,0:1	9,1:1
Частота враще­ния двигателя, об/мин
Максималь-ная мощность на валу, кВт	41,2/46	41,2/46	41,2/46	64,2/72,1	59,8/67,2	87,7/98,5	105/118
Расход топ- лива, м 3 /ч	9,8/10,8	13,0/14,5	15,1/16,4	15,1/16,7	18,0/21,3	24,8/28,9	34,2/38,0
Тепло, отво­димое через выхлоп, кВт	17,3	22,8	28,4	41,2	—	—	—
Тепло, отводи­мое системой охлаждения, кВт	15,2/13,7	20,8/23,4	22,5/25,3	33,4/37,5	41,0/46,0	57,5/64,6	106/113
Излучаемая теплота, кВт	13,2/15,0	16,4/18,4	18,2/20,4	18,9/21,3	24,0/27,0	33,4/37,5	36,7/41,0
Температура выхлопных газов, °С	528/550	575/595	615/631	560/580	580/610	660/685	780/810
Поток воздуха через радиатор, м 3 /мин
Окончание табл.7.1
Расход воздуха на горение, м 3 /мин	1,8/2,0	1,9/2,2	2,1/2,4	2,5/2,8	3,1/3,5	5,6/6,3	5,7/6,4
Поток отработав- ших газов, м 3 /мин	2,9/3,3	3,8/4,3	4,5/5,0	10,2/11,5	11,7/13,2	14,1/15,8	16,3/18,4
Размеры: Д*Ш*В, мм	2165*890*1239	2165*890*1239	2165*890*1239	2400*918*1364	2400*918*1364	2400*918*1339	2600*1100*1450
Масса (с ох- лаждающей жидкостью и маслом), кг

Примечание. Все технические данные приведены для стандартных условий: температура окружающего воздуха +27 o С, высота над уровнем моря 152,4 м. Данные потребления топлива представлены в предположении полного сжигания газа с низшей теплотворной способнос­тью 46,89 МДж/м3 (сжиженный газ) или 34,71 МДж/м3 (природный газ).

Дата добавления: 2017-04-05 ; просмотров: 4013 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Система охлаждения и теплоотбора

Отличительной особенностью газопоршневых когенерационных установок, выпускаемых компанией ETW Energietechnik, является комбинированная система теплоотбора/охлаждения. Она позволяет максимально эффективно осуществлять охлаждение двигателя за счёт съёма тепла, возникающего в процессе его работы, и дальнейшей передачи потребителям и, тем самым, регулировать рабочие температуры. У других производителей данные системы, как правило, являются независимыми, т.е. либо функционирует теплоотбор, либо охлаждение.

Принцип комбинированной системы заключается в том, что жидкость, циркулирующая в системе охлаждения двигателя газопоршневой установки, выполняет не только функции его охлаждения и предотвращения перегрева, но одновременно съёма тепла и аккумулирования тепловой энергии. При помощи нагрева жидкости снимается тепло с рубашки охлаждения двигателя, турбонагнетателя и других узлов приводного агрегата. Далее жидкость поступает в интегрированный теплообменник выхлопных газов, охлаждает их и в итоге подогревается до температуры свыше 90°С. Затем вся аккумулированная в жидкости тепловая энергия передаётся через передаточный теплообменник внешнему контуру, т.е. происходит нагрев внешней сетевой воды.

Главным критерием работы данной системы является поддержание требуемой температуры охлаждающей жидкости на входе в двигатель газопоршневой когенерационной установки, которая должна соответствовать установленному параметру, как правило, составляющему около 80°С. В противном случае нарушение этого параметра приведёт к перегреву двигателя и сбою работы газопоршневой установки. Этой цели, т.е. охлаждению жидкости и поддержанию её заданных температур, подчинено функционирование комбинированной системы теплоотбора/охлаждения. Тепловая энергия, накопленная охлаждающей жидкостью в системе, как в едином замкнутом технологическом контуре циркуляции, либо передаётся через передаточный теплообменник во внешнюю теплосеть, либо, при отсутствии разбора тепла внешними потребителями, утилизируется в контуре резервного охлаждения через охладитель. Но любом случае она возвращается в двигатель газопоршневой установки охлаждённой до заданной температуры одним из этих двух способов.

В этой связи выделяются две регулировки температурных параметров охлаждающей жидкости в системе охлаждения: посредством теплообора или посредством утилизации тепловой энергии.

1. При функционирующей системе теплоотбора, т.е. при разборе потребителями тепловой энергии, вырабатываемой газопоршневой когенерационной установкой, охлаждающая жидкость, пройдя через ПТО, охлаждается до требуемой температуры около 80°С.
2. Если же в связи с какими-либо внешними факторами, например, погодными, уровень потребления тепловой энергии, вырабатываемой газопоршневой когенерационной установкой, недостаточен для охлаждения жидкости до требуемой температуры, тогда требуется ее дополнительное охлаждение. Либо же при полном отсутствии потребления тепла требуется полная утилизация тепловой энергии во избежание перегрева двигателя.

Если отбор тепла прекратился, то немедленно откроется контур циркуляции резервного охладителя и поток жидкости будет полностью направлен через него, что не приведёт к останову газопоршневой установки. В данном режиме она может функционировать столько, сколько необходимо до восстановления полноценного теплоотбора потребителями.

Для этих целей комбинированная система охлаждения/теплоотбора оснащается 3-х ходовым смесительным клапаном, который открывает контур для циркуляции охлаждающей жидкости через резервный охладитель. В нём жидкость охлаждается вентиляторами с переменной частотой оборотов, и попадает обратно в систему охлаждения с требуемой температурой.

Причём этот процесс может идти параллельно и при функционирующем теплоотборе, так называемое доохлаждение. Т.е. контур охладителя открывается ровно настолько, насколько необходимо для дополнительного охлаждения жидкости после теплоотбора, а также соответственно обороты вентиляторов регулируются ровно настолько, чтобы охладить жидкость до требуемой температуры.

Если же потребление тепла не планируется возобновлять в течение определённого запланированного периода, тогда можно в штатном режиме отключить контур теплоотбора путём остановки циркуляционного насоса первичного контура, перевода его в ручной режим работы и перекрытия задвижки перед пластинчатым теплообменником. Далее следует закрыть межфланцевые задвижки на вторичном контуре передаточного теплообменника.

Таким образом, комбинированная система охлаждения/теплоотбора защищает двигатель газопоршневой когенерационной установки от перегрева, поддерживает рабочую температуру и полностью обеспечивает его безопасное функционирование в периоды сокращения или отсутствия потребления тепла.

Когенерация — когенераторные установки — тепловые электростанции

Когенерация — двойная эффективность — двойная прибыль!

Определение принципа когенерации

Когенерация — это комбинированное производство тепла и электроэнергии. На электростанции с применением технологии когенерации топливо используется для получения двух форм энергии — тепловой и электрической. Приставка «ко» в слове когенерация и означает комби. Проще говоря когенераторная установка это тепловая электростанция.

Когенераторные электростанции более эффективны в сравнении с электростанциями производящими только электрическую энергию.

С технологией когенерации появляется реальная возможность использовать тепловую энергию, которая обычно улетучивается в атмосферу через градирни и вместе с дымовыми газами.

При использовании эффекта когенерации существенно возрастает общий коэффициент использования топлива (КиТ). Применение когенерации в значительной степени сокращает затраты на приобретение топлива.

Когенерация — это существенное снижение затрат на получение тепловой энергии.

Когенераторные установки — устройство и принцип действия

Когенерационная установка состоит из силового агрегата, например, газовой турбины, электрического генератора, теплообменника и системы управления.

В газотурбинных установках основное количество тепловой энергии отбирается из системы выхлопа. В газопоршневых электростанциях отбор тепловой энергии происходит от масляного радиатора, а так же и от системы охлаждения двигателя. Отбор тепловой энергии в газотурбинных установках (ГТУ) осуществим технически проще, так как выхлопные газы имеют более высокую температуру.

При использовании когенерации на 1 МВт электрической мощности потребитель получает от 1 до 2 МВт тепловой мощности в виде пара и горячей воды для промышленных нужд, отопления и водоснабжения.

Когенераторные электростанции с избытком покрывают нужды потребителей в электрической и дешевой тепловой энергии.

Излишнее тепло может направляться на паровую турбину, для максимальной выработки электричества или в абсорбционно-холодильные машины (АБХМ) для производства холода, с последующей реализацией в системах кондиционирования. Подобная технология имеет собственное определение — тригенерация.

Когенерация — органичная экспансия технологии в российскую экономику

Применение электростанций с технологией когенерации в мегаполисах позволяет эффективно дополнять рынок энергоснабжения, без реконструкции сетей. При этом значительно улучшается качество электрической и тепловой энергий. Автономная работа когенераторной установки позволяет обеспечить потребителей электроэнергией с устойчивыми параметрами по частоте и по напряжению, тепловой энергией со стабильными параметрами по температуре.

Потенциальными объектами для применения когенерационных установок в России выступают промышленные производства, больницы, объекты жилищной сферы, газоперекачивающие станции, компрессорные станции, котельные и т. д.

В результате внедрения когенераторных электростанций возможно решение проблемы обеспечения потребителей недорогим теплом и электроэнергией без дополнительного, затратного, строительства новых линий электропередачи и теплотрасс.

Приближенность источников к потребителям позволит значительно снизить потери при передаче энергии и улучшить ее качество, а значит, и повысить коэффициент использования энергии топлива.

Когенерация — альтернатива тепловым сетям общего назначения

Когенерационная установка является эффективной альтернативой тепловым сетям, благодаря гибкому изменению параметров теплоносителя в зависимости от требований потребителя в любое время года. Потребитель, имеющий в эксплуатации когенераторную электростанцию не подвержен зависимости от экономического состояния дел больших теплоэнергетических компаниях.

Доход (или экономия) от реализации электричества и тепловой энергии, за короткое время, покрывают все расходы на когенераторную электростанцию. Окупаемость капитальных вложений в когенераторную установку происходит быстрее окупаемости средств, затраченных на подключение к тепловым сетям, обеспечивая тем самым, устойчивый возврат инвестиций.

Когенераторная установка хорошо вписываются в электрическую схему, как отдельных потребителей, так и любого количества потребителей через государственные электросети. Компактные, экологически безопасные, когенераторные электростанции покрывают дефицит генерирующих мощностей в крупных городах. Появление подобных установок позволяет разгрузить электрические сети, обеспечить стабильное качество электроэнергии и делает возможным подключение новых потребителей.

Преимущества когенерации

Преимущества когенераторных электростанций заключены, прежде всего, в сфере экономики.Существенная разница между капитальными затратами на энергоснабжение от сетей и энергоснабжение от собственного источника заключается в том, что капитальные затраты, связанные с приобретением когенераторной установки, возмещаются, а капитальные затраты на подключение к сетям безвозвратно теряются при передаче вновь построенных подстанций на баланс энергетических компаний.

Капитальные затраты при применении когенераторной установки компенсируются за счет экономии топлива.

Обычно полное возмещение капитальных затрат происходит после эксплуатации когенераторной электростанции в течение трех-четырех лет.

Такое возможно, когда когенераторная установка питает нагрузку в непрерывном цикле работы, или если она работает параллельно с электросетью. Последнее решение является выгодным для владельцев электрических и тепловых сетей. Энергосистемы заинтересованы в подключении мощных когенераторных установок к своим сетям, так как при этом они приобретают дополнительную генерирующую мощность без капитальных вложений на строительство электростанции. В таком случае энергосистема закупает дешевую электроэнергию для её последующей перепродажи по более выгодному тарифу. Тепловые сети получают возможность закупать дешевое тепло для его реализации близлежащим потребителям

Дополнительная тематическая информация в разделе: когенерация и тригенерация

Когенерационное оборудование Рационал 100 — 2000 кВт

С повышением экологической культуры и необходимостью сокращения потребления ископаемых видов топлива появляется необходимость в высокоэффективных способах преобразования и выработки энергии. Традиционное раздельное производство электроэнергии конденсационными электростанциями и тепла котлами — малоэффективная технология, ведущая к потере энергии с теплом отходящих газов. Автономные установки комбинированного производства тепловой и электрической энергии — когенераторы — оказались успешным технологическим решением проблемы. Когенерационное оборудование (КО) — это комплектное оборудование, предназначенное для непрерывного, одновременного производства электрической энергии и тепла. Производимая электрическая энергия может использоваться для собственных нужд или для продажи, а так же использоваться в качестве резервного источника при пропадании напряжения в электросети. Производимое тепло (горячая вода) может использоваться для собственных нужд, для продажи и для производства холода в системе абсорбционного охлаждения (тригенерация).

При невозможности полного использования произведенного тепла, излишнее тепло может выпускаться в окружающую среду и утилизироваться через систему принудительного охлаждения. Тепло в виде горячего воздуха на выходе системы принудительного охлаждения может быть использовано для обогрева помещений или для технологических целей.

Когенерация — это технология комбинированной выработки энергии, позволяющая резко увеличить экономическую эффективность использования топлива, так как при этом в одном процессе производятся два вида энергии — электрическая и тепловая. Наибольший экономический эффект когенерации может быть достигнут только при оптимальном использовании обоих видов энергии на месте их потребления. В этом случае бросовая энергия (тепло выхлопных газов, систем охлаждения агрегатов) может быть использована по прямому назначению.

Когенерационное оборудование.

Когенерационные модули GEO M

Когенерационные установки

Мощностной ряд когенерационных установок GEO U и GEO UK варьируется от 100 до 2000 кВт электрической мощности.

Когенерационные станции(GEO S)

«Пиковая» котельная

Преимущества когенерационного оборудования

• малые потери при транспортировке тепловой и электрической энергии по сравнению с системами централизованного тепло и электроснабжения;
• автономность функционирования и возможность реализации в энергосистему излишков вырабатываемой электроэнергии;
• улучшение экономических показателей существующих котельных за счет выработки в них кроме тепловой ещё и электрической энергии;
• автономность источника теплоснабжения за счет собственного источника электроэнергии;
• более низкая себестоимость тепловой и электрической энергии по сравнению с централизованными источниками энергии.

Применение когенерации в центральной части городов позволяет эффективно дополнять рынок энергоснабжения, без реконструкции старых перегруженных сетей. Автономная работа когенерации позволяет обеспечить потребителей электроэнергией со стабильными параметрами по частоте и по напряжению, тепловой энергией со стабильными параметрами по температуре и качественной горячей водой.

Программа

Тип оборудования

Производитель мотора

Типоразмер продукции

Выходное напряжение
генератора

Когенерационные станции

Дополнительное исполнение

Комментарии

100, 150, 200,
250, 350, 400.

Готовый продукт, для работы требуются внешние подключения, присоединение аварийного охлаждения и создание дымоходов.

Когенерационная установка
на раме (цеховое исполнение)

100, 150, 200,
250, 350, 400.

Поставка производится в виде узлов. Требуются проект и монтаж внешних подключенийкабелей, газа, контура теплоснабжения, присоединение аварийного охлаждения и дымоходов. Так же требуется электромонтажное соединение блоков установки.

300, 350, 400, 500,
600, 700.

0,4 кВ
6 кВ
10кВ

800, 1200, 1500, 2000.

Когенерационная установка
в контейнере

100, 150, 200,
250, 400.

Сейсмическое
Южное
Северное Пиковая котельная

Готовый продукт. Требуются проект и монтаж внешних подключений кабелей, газа, контура теплоснабжения.

300, 350, 400, 500,
600, 700.

0,4 кВ
6 кВ
10кВ

800, 1200, 1500, 2000.

Порядок подготовки предложения на поставку когенерационного оборудования.

1. Заполняется опросный лист и отправляется в ближайший офис нашей компании. При возникновении вопросов по заполнению опросного листа, консультацию готовы дать сотрудники ближайшего офиса.

2. На основании опросного листа рассчитывается предварительная экономическая эффективность вариантов энергоснабжения.

3. Алгоритм расчета и подбора параметров

• Определяются энергетические нагрузки для объекта.
• Рассчитываются и строятся графики суточного энергопотребления на объекте для рабочих и выходных (праздничных) дней для расчетных условий холодного, теплого и переходного периодов года.
• На основании полученных графиков, строятся графики круглогодовых нагрузок, и рассчитывается годовое потребление энергоресурсов по отдельным видам потребителей и суммарные нагрузки по электроэнергии и теплу.
• Из графиков тепловых и электрических нагрузок выбираются базовые расчетные режимы работы когенерационного оборудования.
• Для режимов по предыдущему пункту анализируются мероприятия по энергосбережению и выравниванию неравномерности нагрузок на объекте.
• Определяется возможность присоединения внешних энергосистем на частичное покрытие нагрузок.
• С учетом предыдущих пунктов определяется нагрузка на когенерационное оборудование, по которой выбирается количество и мощность газопоршневых двигателей.
• Рассчитываются режимы работы когенерационного оборудования, и строятся суточные и годовые графики работы двигателей.
• Из графиков энергопотребления и энергопроизводства, по приоритету электроснабжения, рассчитывается дефицит тепловой мощности когенерационного оборудования для определения мощности пиковой котельной.
• Разрабатывается принципиальная схема когенерационного оборудования и выбираются все основные и вспомогательные элементы.
• Рассчитывается теоретический срок окупаемости.

4. Коммерческие предложения с приложениями на поставку когенерационного оборудования готовятся на основании расчета эффективности и выставляются после получения опросного листа. После коммерческого предложения на поставку готовятся следующие документы:

• Строительное задание и компоновочный план размещения оборудования.
• Предварительный расчет окупаемости.
• Принципиальные схемы энергоснабжения.

Наша организация является специализированной монтажной организацией с соответствующими допусками и обеспечит: Поставку когенерационного оборудования Заказчику; Установку и монтаж оборудования на месте расположения; Привязку наружных сетей; Сдачу оборудования в эксплуатацию.

Тел/факс: (342) 204-65-46

620014, г.Екатеринбург, ул.Радищева, 10 оф. 205/1
Тел/факс:+7 (343) 38-350-28
Обратная связь

Продвижение сайтов (Пермь) — СоюзСеоСпециалистов.
Студия «Бобрик» — Создание сайта

Полезные статьи