16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/245/16051.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 09 (245) май 2014 года

Паровая машина на мини-ТЭЦ лесозавода

Мировая энергетика Иван ТРОХИН

Именно паровая машина как поршневой паровой двигатель стала своеобразным символом промышленной революции в эпоху обуздания человеком техники огня и водяного пара с целью получения механической энергии, а затем – и для привода электромашинного генератора. В наше время, когда на крупных тепловых электростанциях господствуют турбины, поршневая паровая машина вполне еще может приносить пользу на мини-ТЭЦ предприятий лесной промышленности, как это было реализовано, к примеру, на одном из лесозаводов в Финляндии.

Так, по данным финского подразделения сети организаций по продвижению энергетических технологий (OPET Finland), частный лесозавод компании Iisalmen Sahat Oy (IPO WOOD) в Финляндии еще в 1999 году заказал у финской фирмы Sermet Oy мини-ТЭЦ для работы на твердой биомассе. Это была первая подобного класса энергетическая установка, которую разработала фирма Sermet Oy. Осенью того же года данная мини-ТЭЦ суммарной (электрической и тепловой) мощностью 7,9 МВт была построена на лесозаводе в городе Киурувеси, который расположен в центральной части Финляндии, вблизи от города Иисалми, с населением около 10 тысяч жителей (начало 2000‑х годов).

Производство лесоматериалов в Киурувеси характеризуется ежегодным их оборотом в объеме около 70 тысяч кубических метров, из которых 85 процентов составляют строганые пиленые лесоматериалы (пиломатериалы) и четыре тысячи кубических метров – лесопанели. Целевая идея проекта паромашинной мини-ТЭЦ состояла в организации производства электроэнергии для нужд лесозавода и теплоты для сети централизованного теплоснабжения. После реализации этого проекта собственник лесозавода – компания Iisalmen Sahat Oy – смогла максимально полезно использовать древесину.

Рассматриваемая мини-ТЭЦ имеет тепловую мощность, равную 8 МВт. Она производит 7 МВт тепловой мощности для сети муниципального (бытового) централизованного теплоснабжения потребителей. Возможно использовать 2 МВт тепловой мощности для лесозаводских сушилок. Помимо этого, мини-ТЭЦ производит 900 кВт электрической мощности для нужд лесозавода. Такое собственное производство электроэнергии позволяет существенно экономить ее при передаче потребителям. Вдобавок собственная ТЭЦ позволяет ее владельцу получать дополнительный доход, продавая тепловую энергию сторонним потребителям. Оценочные величины годового производства энергии на паромашинной мини-ТЭЦ лесозавода в Киурувеси составляют: электрической – 5 тысяч МВт-ч, тепловой – 32 тысячи МВт-ч. Объем отапливаемых от мини-ТЭЦ помещений составляет 752,5 тысячи кубических метров.

На паромашинной мини-ТЭЦ в Киурувеси в качестве топлива утилизируются древесные отходы собственного же (заводского) производства. Это – кора и опилки. Данное решение позволяет собственнику лесозавода весьма выгодно использовать древесное сырье, являющееся твердой биомассой. В этом случае около 60 процентов топлива для мини-ТЭЦ составляет кора, а 40 процентов – опилки. Годовой расход такого биотоплива на мини-ТЭЦ составляет 74 тысячи кубических метров.

Паромашинная мини-ТЭЦ в Киурувеси является полностью автоматизированным объектом стационарной энергетики и работает без служебного персонала.

Отдельного внимания заслуживает и сам процесс энергетического использования твердой биомассы. Технические и технологические решения Sermet Oy по реализации эффективного процесса сжигания твердой биомассы, в частности, под котлами являются запатентованными. Топки выпускаются, наряду с котлами и котельными установками, под маркой Sermet BioGrate. Такая котельная и топочная техника, использованная на рассматриваемой мини-ТЭЦ, позволяет сжигать различные твердые биотоплива: древесную кору, опилки, щепу и другие, имеющие влажность в диапазоне от 30 до 65 процентов. Сам паровой котел Sermet BioGrate оборудован топкой с вращающейся колосниковой решеткой с нижней подачей топлива.

Перегретый водяной пар давлением 20‑30 бар (около 2‑3 МПа) и температурой 300‑390 °C генерируется с помощью горизонтального жаротрубного котла от Sermet Oy. Его тепловая мощность составляет 8 МВт. Электроэнергия производится с использованием электроагрегата, в котором применена поршневая паровая машина для обеспечения механического привода электромашинного генератора переменного тока.

Современная поршневая паровая машина как тепловой двигатель характеризуется значительной полезной мощностью из расчета на единицу затраченной тепловой мощности, когда мини-ТЭЦ работает с тепловой нагрузкой.

Следовательно, этот двигатель хорошо подходит для мини-ТЭЦ, которые имеют сравнительно малые электрические мощности, если сравнивать их с генерирующими объектами большой (централизованной) энергетики. На последних широко используются паровые турбины, но при малых мощностях и неполных (частичных) нагрузках энергетическая эффективность турбин снижается. А у паромашинных мини-ТЭЦ электрический коэффициент полезного действия в гораздо меньшей степени изменяется и при неполных (частичных) нагрузках.

Для увеличения объемов производства электроэнергии на рассматриваемой в настоящей статье мини-ТЭЦ принципиально возможно использовать воздушные конденсаторы отработавшего пара. Тогда эта мини-ТЭЦ сможет работать в конденсационном режиме без тепловой нагрузки, то есть в режиме мини-КЭС либо в комбинированном – конденсационно-теплофикационном режиме с частичным полезным использованием отработавшего в поршневой машине пара. Общий коэффициент полезного действия паромашинной мини-ТЭЦ в Киурувеси находится в пределах 80‑85 процентов.

Паромашинная мини-ТЭЦ в Киурувеси как источник тепловой и электрической энергии характеризуется высокой конкурентоспособностью, в частности, из‑за надежности работы и простоты в эксплуатации ее структурных элементов (котельного агрегата, электроагрегата и прочих). Кроме этого, данная мини-ТЭЦ была поставлена заказчику в виде модулей заводской готовности, что обеспечило кратчайшие сроки ввода ее в эксплуатацию.

Основываясь на изучении и анализе фрагмента тепловой принципиальной схемы мини-ТЭЦ, о которой идет рассказ, можно добавить еще следующие технические и технологические подробности. Тепловая мощность и соответствующая электрическая мощность мини-ТЭЦ может изменяться в пределах соответственно 2‑7 МВт и 0,2‑1 МВт. От жаротрубного парового котла Sermet BioGrate в паровую магистраль выдается перегретый пар давлением 22 бара (около 2,2 МПа) и температурой 350 градусов Цельсия. Приводимый поршневой паровой машиной электромашинный генератор соединен и синхронизирован с электрической сетью. За паровой машиной установлен паромасляный сепаратор для очистки отработавшего в машине пара от смазочного масла. Сам же отработавший пар полезно утилизируется для нагрева двух включенных параллельно пароводяных теплообменников. Горячая вода от первого из них подается в сеть централизованного теплоснабжения потребителей, а от второго – в лесосушилки.

К сожалению, на сегодняшний момент пока не удалось установить, какая именно поршневая паровая машина входит в состав рассмотренной выше мини-ТЭЦ. Однако, если говорить о паромашинных мини-ТЭЦ, работающих за рубежом на твердой биомассе, то такие генерирующие объекты децентрализованной энергетики обычно ассоциируются с коммерческой эксплуатацией на них так называемых паровых моторов Шпиллинга разработки и производства германской фирмы Spilling Energie Systeme GmbH.

Таким образом, польза от поршневой паровой машины при работе на твердобиотопливной мини-ТЭЦ лесозавода состоит в том, что с ее помощью становится возможным производство электроэнергии в когенерационном цикле весьма энергетически эффективно при малых мощностях, если сравнивать с малыми паровыми турбинами.

Думается, что полезно было бы собственникам и отечественных лесозаводов присмотреться к такому технико-технологическому решению по производству попутной электроэнергии, которое принципиально возможно реализовать на базе фактически любой паровой котельной, какие действуют на предприятиях мощного лесопромышленного комплекса России.

Надежность же функционирования поршневой паровой приводной техники исторически фактически доказана паровозами и локомобилями, некоторые из которых, особенно последние и преимущественно опять же за рубежом, все еще поддерживаются в рабочем состоянии и по сей день.

Что же касается надежности эксплуатации упомянутых выше паровых моторов Шпиллинга, то во второй половине прошлого века за рубежом была предложена концепция создания низкотемпературных малых солнечных электростанций («солнечных ферм») с применением этих моторов для работы даже на… парах фреона!

Понятно, что от использования озоноразрушающих веществ, какими являются фреоны, необходимо стараться отказываться в технике, им сегодня существуют гораздо более дружественные к природе альтернативные низкокипящие вещества. И солнечные коллекторы в наши дни могут так нагревать масло, что этого хватает на обеспечение вскипания воды и получения пара высоких температур. Но работа паровых машин в энергетике на низкокипящих рабочих телах – это уже отдельная история.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 09 (245) май 2014 года:

  • Испытано новое оборудование для цифровых подстанций

    Успешно завершились испытания совместной работы терминалов релейной защиты и автоматики ООО «ИЦ «Бреслер» серии ТОР-300 с программно-техническим комплексом SMART-SPRECON разработки ЗАО «РТСофт». Обмен данными производился по протоколу МЭК 61850‑8‑1. ...

  • Блиц

    Премьер-министр РФ Дмитрий Медведев подписал распоряжение, отменяющее введение социальной нормы потребления коммунальных услуг для отопления, водоснабжения и газоснабжения. По сообщению правительства, введение соцнормы на воду, газ и тепло сочли преждевременным потому, что жилые дома слабо оснащены приборами учета. Так, по данным Росстата на 30 июня 2013 года оснащенность квартир и индивидуальных жилых домов индивидуальными прибора...

  • В Думу внесены предложения об увеличении штрафов за коммунальные долги
    В Думу внесены предложения об увеличении штрафов за коммунальные долги

    Депутаты Государственной думы предложили изменить механизм начисления штрафов по просроченным платежам за услуги жилищно-коммунального хозяйства. ...

  • Последняя шахта стала банкротом
    Последняя шахта стала банкротом

    Арбитражный суд Кемеровской области принял решение о банкротстве ООО «Шахта «Киселевская» (входит в состав холдинга «Сибирский деловой союз») – одного из старейших угледобывающих предприятий региона. ...

  • На космодром отправился дизель-генератор
    На космодром отправился дизель-генератор

    Компания ПСМ изготовила новую электростанцию для автономного энергоснабжения строительной площадки: агрегат мощностью 500 кВт отправился на строящийся космодром «Восточный» в Амурской области. ...