16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/39/4978818.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 06 (39) декабрь 2018 года

«Паровозы» покорили мини-ТЭЦ

«Паровозы» покорили мини-ТЭЦ

Коммерческая эффективность паровых машин из паровозной эпохи для привода генераторов на мини-ТЭЦ при электрических мощностях до 1,2 МВт не вызывает сомнений. Чем же в XXI столетии привлекателен союз пара и поршня?

Мини-ТЭЦ относятся к объектам малой комбинированной генерации электрической и тепловой энергии. Они весьма успешно и выгодно работают на биомассе – возобновляемом ресурсе. Биомасса используется в виде отходов лесозаготовки и лесообработки (коры, щепы, опилок, стружки) или топливных гранул (пеллет). Начиная с 1980‑х гг., а вероятнее, еще раньше, по настоящее время на ряде мини-ТЭЦ за рубежом внедряются и работают современные паровые поршневые машины (паровые машины).



Пар двух эпох

Паровая машина и паровоз стали символами промышленной революции в эпоху обуздания человеком техники огня и пара. В наш век, когда на крупных ТЭС работают паровые и газовые турбины, паровая машина приносит пользу на мини-ТЭЦ предприятий лесной промышленности, как реализовано, например, на одном из лесозаводов в Финляндии.

Спрос на неприхотливые в эксплуатации паровые машины по‑прежнему остается. Об этом можно судить, в частности, по успешной работе основанной в конце XIX в. германской фирмы Шпиллинга, главная деятельность которой связана именно с созданием паровых машин. С паровыми моторами Шпиллинга (Spilling dampfmotor – нем.) реализуются все новые и новые проекты мини-ТЭЦ для работы на твердой биомассе.

На европейских мини-ТЭЦ, как правило, в качестве современных паровых машин используются паровые моторы Шпиллинга. Опыт эксплуатации таких мини-ТЭЦ подтверждает соизмеримые или чаще лучшие, чем у мини-ТЭЦ, оснащенных паровыми лопаточными либо винтовыми турбинами, эксплуатационные показатели: электрический КПД, удельный расход пара на выработку электрической энергии, ресурс приводного двигателя. В большей степени это проявляется при работе парового двигателя (турбины или поршневой машины) на влажном паре, при колебаниях давления и температуры пара.

Европейские мини-ТЭЦ, работающие на древесных отходах и пеллетах, оснащенные паровыми моторами Шпиллинга, имеют электрический КПД в диапазоне от 5 до 20 %. Коэффициент полезного использования теплоты сгорания топлива у мини-ТЭЦ составляет порядка 80 %. Работа паровых поршневых мини-ТЭЦ часто реализуется параллельно с сетью централизованного электроснабжения либо обеспечивается автономно.

На австрийской мини-ТЭЦ отработавший в моторе Шпиллинга пар полезно используется для технологических нужд и обеспечения работы сушилок, а электрическая энергия вырабатывается с КПД, составляющим всего около 5 %. На мини-ТЭЦ в Нидерландах в качестве топлива используется активный ил (осадок), который применяется для биологической очистки сточных вод. Он представляет собой взвешенную в воде активную биомассу микро- и макроорганизмов, а образуется, в частности, на водоочистных сооружениях и в виде высушенного осадка может успешно сгорать в топках паровых котлов.



Почти паровоз

Уместно вспомнить, что использование биомассы в виде древесины как топлива было эффективным на железнодорожном транспорте решением проблемы снижения вредных выбросов в атмосферу от небольших энергетических объектов, какими являлись паровозы. Сегодня данное решение успешно реализуется в стационарной малой энергетике. Например, мини-ТЭЦ германской фирмы Mann Naturenergie GmbH & Co. KG по заготовке и вторичной переработке древесины была пущена в феврале 1995 г. и находится в коммерческой эксплуатации на земле Лангенбах в Германии. Эта мини-ТЭЦ в равной степени положительно служит источником тепловой и электрической энергии как на нужды самой фирмы, так и сторонним потребителям. В качестве топлива на этой мини-ТЭЦ, помимо необработанной древесины, успешно используют древесную щепу и кору. Приводным двигателем здесь, как у паровоза, служит паровая машина. Только в паровозе она создает тягу для вращения колес, а на мини-ТЭЦ обеспечивает привод генератора переменного тока.

Мини-ТЭЦ фирмы «Манн» отдает основную часть электрической энергии в централизованную сеть. Тепловая энергия используется для теплоснабжения потребителей: зданий фирмы, экологически чистого дома, гаража-мойки грузовиков, нескольких частных и торговых домов, сушильного помещения и ленточной сушилки в производстве пеллет.



Почти мини-ТЭЦ

В промышленных технологических установках некоторые процессы (например, охлаждение стекла на завершающей стадии его производства) реализуются с выделением теплоты. Известен положительный опыт эксплуатации парового мотора Шпиллинга на Оберландской фабрике по производству стекла (Oberland Glasfabrik – нем.) в Германии.

Теплота первичных дымовых газов от стекловаренных печей используется для подогрева воздуха, подаваемого в их топки. При охлаждении горячего стекла происходит сброс в атмосферу вторичной теплоты, которая перед этим полезно утилизируется для получения перегретого пара давлением 2 МПа и температурой 300ºС. При расходе пара, равном 5,5 т / ч, мотор Шпиллинга развивает мощность на валу – 500 кВт.



Нет предела совершенству

Современная паровая машина особенно подходит для мини-ТЭЦ электрической мощностью в несколько сотен киловатт. На таких мини-ТЭЦ, как известно, широко используются паровые турбины. При столь малых мощностях и неполных (частичных) нагрузках энергетическая эффективность турбин весьма низкая. У мини-ТЭЦ с паровыми машинами электрический КПД выше и гораздо меньше изменяется при неполных нагрузках.

Ведется активная изобретательская деятельность по модернизации, разработке и созданию новых работающих на паре конструкций тепловых поршневых двигателей. В качестве примера здесь можно привести ряд патентных документов. Конструкцию парового мотора предлагает чешский изобретатель по патенту Чешской Республики на полезную модель CZ 22164. Изобретатели из США предложили метод существенного повышения КПД паровой машины и ее конструкцию, описав это в патенте США на изобретение US 8,448,440, заявителем которого является американская компания Thermal Power Recovery LLC. Европейский патент на изобретение EP 2538019 (заявитель – компания MicroSteam Inc.) дает представление о методе конверсии двухтактного дизеля в паровую машину. Конструкция германского «двигателя с нулевым выхлопом», больше известного в профессиональных кругах под аббревиатурой ZEE, описана в патенте США на изобретение US 6,247,309.



Точно не сломается

Надежность функционирования паровой машины исторически доказана паровозами и локомобилями, некоторые из них поддерживаются в рабочем состоянии и по сей день. Это видно, например, по действующим паровозам на столичной станции «Подмосковная».

Что касается надежности эксплуатации упомянутых выше паровых моторов Шпиллинга, то стоит вспомнить, что во второй половине XX в. за рубежом была предложена концепция создания низкотемпературных солнечных мини-ТЭС – «солнечных ферм» – с применением этих моторов для работы на парах фреона (M. Künzel. Krafterzeugung durch Sonnenenergie. – Karlsruhe, 1978). Понятно, что от использования разрушающих озоновый слой Земли веществ, какими являются фреоны, необходимо сегодня отказываться. Уже существуют более дружественные к природе альтернативные низкокипящие вещества, которые возможно применять в качестве парообразующих рабочих тел. А современные солнечные коллекторы могут так нагревать масло (первичный теплоноситель), что этого хватит для обеспечения вскипания воды и получения пара (рабочий теплоноситель) высоких температур. Правда, это уже относится к теме мини-ТЭС на низкокипящих рабочих телах.

Отправить на Email

Похожие Свежие Популярные

Войти или Зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.