Из опыта проектирования мини-ТЭЦ
Опубликовано: 12 августа 2010 г.
183
В. Курьянов
Интерес к строительству мини-ТЭЦ и реконструкции действующих котельных с превращением их в автономные источники электро- и теплоснабжения с каждым годом всё более возрастает. Причин этому много… Основная, конечно, – это возможность надежного обеспечения объектов электроэнергией, а утилизация выделяемого при её генерировании тепла существенно снижает себестоимость получаемой электроэнергии.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Однако специалистов, имеющих необходимый опыт и способных грамотно реализовывать проекты строительства таких специфических объектов, явно не хватает. Положение усугубляется затянувшимся отсутствием нормативной базы для проектирования когенерационных станций на основе как газопоршневых агрегатов (ГПА), так и газотурбинных установок (ГТУ) малой мощности. Формальное следование нормам проектирования электростанций (в соответствии с аббревиатурой «ТЭЦ») или перенос на мини-ТЭЦ опыта проектирования отопительных котельных приводят к ошибочным проектным решениям, увеличивающим срок и стоимость строительства.
Рекомендации заказчику
Идея строительства мини-ТЭЦ, как правило, возникает у заказчика с появлением проблемы в обеспечении объекта электроэнергией. При этом каждый заказчик желает получить максимальный результат с минимальными затратами, забывая, что результат пропорционален затратам.
Очень важно уже на первом этапе, когда идет совместная работа заказчика с проектировщиком по подготовке задания на проектирование, подобрать оборудование, выбрать принципиальную схему мини-ТЭЦ с учетом всех пожеланий заказчика в пределах имеющихся финансовых средств. Именно эта фаза создания мини-ТЭЦ определяет ее работоспособность и экономичность проекта.
Допущенные на данном этапе просчеты могут привести: к избыточности генерирующих мощностей и, соответственно, излишним инвестиционным затратам; перегрузу (либо недогрузу) установленного оборудования, что одинаково негативно влияет на ресурс силового оборудования; неполучению в часы пиковой нагрузки необходимого количества энергии; повышению вероятности полного отключения потребителей при срабатывании автоматики безопасности; завышенным эксплуатационным затратам, которые, в конечном счете, могут значительно превысить экономию, полученную в период закупки оборудования и строительства энергоцентра.
Назовем основные причины данных и других рисков.
1. Неполная либо недостаточная проработка исходных данных об электрических и тепловых нагрузках. При этом крайне мало внимания уделяется расчетам режимов минимального потребления электроэнергии, изучению распределения нагрузок (по времени суток, года, дней недели и т.п.) и изменения нагрузок при включении (выключении) мощных потребителей.
2. Отказ от дополнительных (резервных) источников электроэнергии (сеть, дизельная электростанция), которые могут «подхватить» нагрузку при падении потребления ниже минимально допустимого уровня или «подпитать» объект в часы пикового потребления.
3. Стремление сэкономить при выборе уровня средств контроля и автоматизации работы мини-ТЭЦ, не только снижающее надежность работы мини-ТЭЦ, но и существенно повышающее эксплуатационные расходы.
Немаловажный момент на подготовительном этапе – выбор заказчиком поставщика основного оборудования. Стремясь сэкономить при покупке оборудования, клиент часто не учитывает, что затраты необходимо рассчитывать на всем жизненном цикле мини-ТЭЦ, и здесь существенным фактором является учет эксплуатационных расходов. Опыт показывает: наиболее полно интересам заказчика отвечает сотрудничество с официальными представителями компаний-производителей.
Сегодня встречается довольно много предложений о поставке энергоагрегатов, уже побывавших в эксплуатации. При этом ресурс машины, прошедшей восстановительный ремонт (например, на предприятиях в Германии), составляет 70–80 % ресурса новой, а цена существенно ниже. Однако, делая такой выбор, надо быть очень внимательным, обращая внимание на сохранность всех систем установки (особенно – управления и контроля) и наличие полного комплекта технической документации.
Советы проектировщику
1. Один из моментов, на который необходимо обратить внимание проектировщику, – наличие байпаса в котле-утилизаторе отработанных газов. От этого зависят расчет диаметров и выбор материала для газоходов и дымовых труб. При наличии байпаса расчетная температура выхлопных газов составляет 450–470 °С, при его отсутствии – не более 200 °С. Соответственно в последнем случае можно применять для газохода трубы из обычной (нежаропрочной) стали с меньшим диаметром.
2. В Европе, несмотря на жесткие требования по экологии, очень часто применяют дымовые трубы высотой 15–20 м. Но по российским же требованиям высоты труб от ГПА составляют от 80 (Москва) до 60 м (Московская обл.). Вероятно, когда-нибудь наши нормативы сравняются с европейскими. Сейчас же самотяга труб высотой 80–60 м существенно влияет на режимы работы ГПА и пиковых котлов, а поставка шиберов не предусмотрена даже опционально. Необходимость установки шиберов не отражена в проектах, и их приходится врезать «на ходу».
3. Более холодный климат вносит коррективы в схемы, предложенные фирмами-изготовителями и применённые отечественными проектировщиками. Так, на одном из объектов в дежурном контуре аварийного охлаждения этиленгликолевая смесь начинала циркулировать от теплообменника возле машины (температура воздуха +18 °С) до градирни на крыше (–25 °С) и теплообменник размораживался со стороны воды. Схемы пришлось изменить.
4. Не все проектировщики уделяют должное внимание расчету и установке необходимого вентиляционного оборудования. Помимо обеспечения необходимого воздухообмена, необходимо обеспечить и температуру в машинном зале в пределах от 15 до 35 °С: когенерационные установки очень чувствительны к температуре окружающего воздуха, особенно их электрогенераторы. Приточное и вытяжное вентиляционное оборудование должно быть оснащено элементами шумопоглощения, особенно если мини-ТЭЦ расположена в жилой зоне.
5. Проектировщик должен тщательно изучить опцию поставки оборудования и в процессе разработки проекта поддерживать тесный контакт с поставщиком. Расчет на полную поставку автоматики вместе с машиной приводит иногда к отсутствию части автоматизации в проектной документации. Например, в кабельном журнале, предоставляемом фирмой-производителем, указываются типы кабельной продукции, но не определены их длина и аксессуары (лотки, крепёж и т.д.). Места врезок первичных приборов систем утилизации тепла и аварийного охлаждения также определяет не фирма-производитель, а проектная организация. Кроме того, компаниипроизводители готовы разработать и поставить автоматическую систему, предотвращающую останов машины из-за резкого наброса или сброса электрической нагрузки более чем на 10 % мощности, но это необходимо прописать в контракте, своевременно получить от поставщиков рекомендации по применению коммутационной аппаратуры отключения групп потребителей и в свою очередь предоставить приоритет потребителям.
6. Зачастую проектировщики упускают создание зон для сервисного обслуживания установленного оборудования. Выявляется это при осуществлении шефмонтажа поставщиком оборудования (с последующими доработками проекта) либо при сдаче объекта надзорным органам.
7. Проектировщикам следует учитывать высокие требования поставщиков к разводке, укладке и креплению силовых и сигнальных кабелей.
Монтажникам и наладчикам…
Работы по монтажу мини-ТЭЦ требуют достаточно высокого уровня персонала. Можно отметить несколько факторов, влияющих на качество монтажных работ.
1. Российские требования к монтажу соответствуют в основном техническим инструкциям фирм-изготовителей, однако ряд требований этих инструкций носит специфический характер. При монтаже их необходимо неукоснительно соблюдать. Самая главная задача для монтажной организации – вовремя получить от изготовителя инструкции (предпочтительнее – на русском языке), которые весьма редко передаются монтажникам к началу работ.
2. Тот факт, что от момента начала проектирования до поставки оборудования проходит достаточно длительный период времени, а исходные данные выдаются еще раньше, часто приводит к несоответствию поставленного оборудования проектным решениям. Например, на одной мини-ТЭЦ поставленные газогенераторные машины оказались на 200 мм длиннее, чем было заявлено в исходных данных, и пришлось приложить немало усилий для ее установки на выполненный меньший фундамент. В другом случае, абсорбционная холодильная машина оказалась на 4 т тяжелее заявленной в исходных данных, что также потребовало внесения срочных корректив в проект производства работ. В третьем случае поставленный фирмой участок газохода от машины к теплообменнику пришлось полностью переделывать из-за изменения конфигурации выходного патрубка.
3. Как правило, контракты на закупку машин оформляют менеджеры – специалисты, далекие от производства. В результате многие элементы поставки, предлагаемые фирмами опционально, остаются без внимания покупателя. Например, погрузка и выгрузка агрегированных машин, массой более 10 т, по технической инструкции завода-изготовителя производятся с применением специальной оснастки. Из-за её отсутствия в момент монтажа энергоцентра торгового комплекса «Три кита» потребовалось при выгрузке машин не только изготавливать подобную оснастку практически по фотографическим изображениям, но и демонтировать часть навесного оборудования газогенераторных моду лей. А это – потерянное время и дополнительные затраты. Также никто не покупает предлагаемые фирмами ролики для накатки машин в проектное положение. А без них приходится разрабатывать специальные накаточные пути, применять лебедки.
4. Поскольку газопоршневые машины на фундаментах не закрепляются ни анкерами, ни направляющими, ни ограничителями, к допускам по отметкам и чистоте поверхности фундамента предъявляются довольно жесткие требования. При приемке фундаментов под машины монтажникам необходимо проверять качество опорной плоскости.
5. Пусконаладочные работы зачастую задерживаются из-за недостаточности электрической нагрузки. При новом строительстве ввод мини-ТЭЦ, как правило, опережает готовность потребителей электроэнергии. И если для пуска пиковых котлов таких проблем нет (подача тепла может осуществляться и на отопление неотделанных помещений), то подать электроэнергию при отсутствии потребителей невозможно. Выходом из такой ситуации является применение системы балластной нагрузки.
6. Большие проблемы при наладке систем управления машинами возникают в случае, если были выданы технические условия на поставку оборудования для работы в параллель с сетью, а фактическая работа мини-ТЭЦ происходит в автономном режиме (как правило, подключение мини-ТЭЦ к сетям, а тем более передача в них выработанной энергии встречают сопротивление внешних электроснабжающих организаций). В результате приходится «на ходу» перестраивать практически весь алгоритм управления, заложенный фирмой-производителем машины. Всё вышесказанное позволяет сделать вывод о необходимости очень серьезного подхода к производству монтажных и пусконаладочных работ. Среди большого числа фирм, готовых взяться за эти работы, приоритет должен отдаваться компаниям, уже имеющим опыт сооружения мини-ТЭЦ.
Статья напечатана в журнале «Аква-Терм» #4(38) 2007