16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/27/1891309.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 06 (27) декабрь 2016 года

Грядет возрождение локомобильных ТЭЦ

Грядет возрождение локомобильных ТЭЦ

В наш век немногие энергетики знают о локомобиле, представляющем собой единый агрегат с котлом и паровой машиной.

В нашей стране он работал на объектах малой энергетики вплоть до начала 1960‑х. Однако технику локомобильных ТЭЦ сегодня не только возрождают, а еще и модернизируют.



Из XIX века –в XXI

Локомобилестроение было отраслью российской и советской промышленности. Первыми локомобили начали производить Людиновский и Брянский заводы. На последнем в 1874 году был изготовлен первый в Российской империи локомобиль. Активно локомобилестроение начало развиваться с 1880‑х годов, а изготовление локомобилей в стране осуществлялось на ряде машиностроительных заводов, включая Коломенский и Сызранский (З. А. Машевич. Технология локомобилестроения: учебное пособие для учащихся машиностроительных техникумов. – М., 1953). Процесс постройки подобных конструкций эпохи пара был очень интересно показан в классическом немом кинематографе научно-фантастического жанра «Путешествие через невозможное» (1903 год) талантливого французского режиссера и мастера изобретательских идей Жоржа Мельеса.

Локомобили оснащались котлами паровозного типа, то есть цилиндрическими бочками в горизонтальной ориентации с небольшой, но очень всеядной топкой. Эти объекты генерации в малой энергетике России работали как на исконно русском топливе – дровах, так и на соломе, ветках, торфе (Г. Н. Гарькуша, А. Г. Юшина. Теория, конструкция и расчет локомобиля: учебное пособие для техникумов локомобилестроения / Под ред. С. Б. Минут. – М., 1952; Н. А. Киселев. Локомобили. Устройство, обслуживание и ремонт. – М., 1960).

Локомобили честно заслужили звание надежных и неприхотливых в эксплуатации энергетических установок по производству механической работы (например, для привода электрического генератора) и теплоты. Хотя по части их эффективного КПД счет шел на единицы процентов. Однако массовость производства позволяла обеспечивать локомобилями, в частности, деревни и сельское хозяйство.

Принципы надежности, простоты и доступности локомобилей возрождаются в подобных конструкциях сегодня. Речь не идет об уникальных механических шедеврах XIX и XX веков, сохраняемых силами энтузиастов в Переславль-Залесском музее узкоколейных железных дорог и в Музее техники Вадима Задорожного (Красногорский район Московской области).

Вплоть до начала 1960‑х годов локомобили в нашей стране широко применялись и на небольших ТЭЦ (В. В. Лукницкий, В. В. Сильвестров. Паровые электростанции небольшой и средней мощности / Под общ. ред. В. В. Лукницкого. – М. – Л., 1948). Настоящее же и будущее локомобиля – это автоматизированные ТЭЦ микромощного класса, то есть электрической мощностью до 100 кВт (далее рассматриваются именно они).



Что можно улучшить

Как можно повысить экономичность работы и снизить потери энергии в локомобильной ТЭЦ? Нужно, главным образом, улучшать качество парового котла (П. И. Рябов. Передвижные паровые котлы. – 2‑е изд., перераб. – М. – Л., 1960) и паровой машины. Последняя, в отличие от котла, является сегодня диковинным изделием. Вот несколько действенных методов повышения КПД паровой машины:

1. Увеличение быстроходности сокращает продолжительность впуска и расширения пара, уменьшая время соприкосновения пара со стенками цилиндра, что приводит к снижению тепловых потерь от начальной конденсации пара. Кроме этого, увеличение числа оборотов вала машины ведет к ощутимому уменьшению ее размеров и затрат конструкционных материалов. Чем выше частота вращения вала машины, тем меньше колебания температуры внутренней поверхности стенки цилиндра и тем меньше потери от начальной конденсации пара и теплообмена в цилиндре.

2. Применение перегретого пара значительно повышает экономичность рабочего процесса машины. При определенной степени перегрева практически полностью уничтожается начальная конденсация пара в период его впуска.

3. Повышение давления пара перед машиной, помимо снижения расхода пара, ведет к уменьшению размеров ее цилиндра. Однако это вызывает возрастание утечек пара, потери от которых могут уже уменьшать КПД машины.

4. Многократное расширение пара обеспечивает разделение рабочего процесса машины на несколько последовательных ступеней, реализуемых в отдельных цилиндрах. Это уменьшает перепад температур и давлений в каждом отдельном цилиндре, что ведет к значительному снижению потерь от теплообмена (начальной конденсации) и утечек пара. В машине многократного расширения механические нагрузки, действующие на кривошипно-шатунный механизм и поршневые штоки, оказываются меньше, чем в машине однократного расширения, что ведет к облегчению данных частей машины. При многократном расширении пара достигается большая общая степень его расширения, чем в машине однократного расширения, что уменьшает потери от несовершенства процесса расширения.

С целью улучшения конструкции локомобильной ТЭЦ нужно применять на практике теорию решения изобретательских задач. Ее методы были разработаны в прошлом веке нашим соотечественником Г. С. Альтшуллером (А. В. Ревенков, Е. В. Резчикова. Теория и практика решения технических задач: учебное пособие для студентов втузов. – М., 2008).

В энергетике Германии уже имеется положительный опыт эксплуатации ТЭЦ рассматриваемого класса, разработанных и выпускаемых под маркой lion Powerblock германской компанией OTAG. Это энергетические установки с современными паровыми поршневыми машинами возвратно-поступательного движения и линейными генераторами переменного тока (М. Я. Хитерер, И. Е. Овчинников. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения: учебное пособие для вузов. – СПб., 2004). В них перечисленные выше качества локомобилей реализованы на высоком уровне, и лишь единая агрегатная компоновка котла с машиной напоминает об их локомобильной сущности.

Водяной пар срабатывает в поршневой машине, а его выхлоп полезно утилизируется в теплообменник для обеспечения потребителей теплом и горячей водой, как у теплофикационного локомобиля. Электрические мощности ТЭЦ lion Powerblock исчисляются единицами киловатт, а тепловые не превышают 20 кВт. Этого оказывается достаточно для тепло- и электроснабжения потребителей малоэтажных домов и коттеджей.

В информационных материалах компании OTAG сообщается об эксплуатационном коэффициенте полезного использования теплоты сгорания топлива – около 94 процентов при условии работы ТЭЦ lion Powerblock на природном газе. Это весьма неплохой показатель общей энергетической эффективности установки. ТЭЦ оснащены автоматизированной системой управления, контроля и защиты на основе аппаратно-программных средств с использованием элементной базы современной электроники. Поэтому за рубежом локомобильная ТЭЦ с микропроцессорным управлением стала объективной реальностью.



Старые новые идеи

С 1980‑х годов ведутся разработки отечественных паропоршневых ТЭЦ. Этим занимаются сотрудники объединенной научной группы «Промтеплоэнергетика» Колледжа космического машиностроения и технологии Московского государственного областного технологического университета (МГОТУ), Московского авиационного института, Московского энергетического института (Д. П. Титов, В. С. Дубинин, К. М. Лаврухин. Паровым машинам быть!// Промышленная энергетика. – 2006. – № 1. – С. 50‑53) и Студенческого конструкторского бюро МГОТУ. Руководит тематикой специалист в области паровых машин, старший научный сотрудник, кандидат технических наук Владимир Сергеевич Дубинин.

Области применения паропоршневых ТЭЦ являются очень востребованными для энергетики России: доступное малоэтажное жилье, дачные хозяйства, сельские поселения. Сжигать природный газ или твердое биотопливо под котлами таких установок будет гораздо чище и дешевле, чем бензин и дизельное топливо при более высоких давлениях в цилиндрах малолитражных двигателей внутреннего сгорания электрических агрегатов. Протяженные электрические сети, в которых рассеиваются углеводородные киловатты мощных ТЭС, тоже тянуть не придется.

Принципиально возможен вариант создания автономной от централизованных электрических сетей паропоршневой ТЭЦ, работающей с использованием явления самостабилизации частоты вращения поршневого двигателя (В. С. Дубинин. Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий: монография. – М., 2009). Теплоснабжение потребителей от ТЭЦ – по непротяженным тепловым сетям.

Паропоршневая ТЭЦ структурно состоит из следующих элементов: парогенератора, паропоршневого двигателя, генератора переменного тока, пароводяного теплообменника для получения горячей воды и абсорбционной холодильной машины (опционально), работающей на паре низкого давления, отработавшем в двигателе. При работе такой ТЭЦ более полно, чем в газопоршневой, полезно используется теплота сгорания топлива. Для увеличения электрической мощности ТЭЦ специалисты из научной группы «Промтеплоэнергетика» предлагают повышать мощность котла за счет реализации технологии вибрационного горения и работы топки под наддувом.

Идеи В. С. Дубинина и его коллег не возникли спонтанно. Это итог скрупулезных научных проработок, практических испытаний и хорошего знания творческого наследия отечественных специалистов по паровой технике.

Так, в начале 1950‑х годов во Всесоюзном научно-исследовательском институте (НИИ) механизации сельского хозяйства и Всесоюзном НИИ электрификации сельского хозяйства уже была создана глубоко модернизированная локомобильная ТЭЦ – небольшая теплофикационная паросиловая установка ЛПУ-1 (Паросиловая установка ЛПУ-1 / А. В. Демин, Н. Н. Елисеев, Г. В. Крейнин, Е. А. Морозов, Л. М. Цукерник, А. Х. Черкасский. – М., 1955) с одноцилиндровой высокооборотной (около 1000 оборотов в минуту) поршневой машиной. Она выпускалась серийно и выполняла функции колхозной ТЭЦ. Поэтому богатый научно-технический задел в области создания локомобилей и легких паросиловых установок необходимо сегодня реализовывать на новом витке исторической спирали развития техники и технологий.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 06 (27) декабрь 2016 года:

    << | < 1
  • 1
  • 2
  • >>