Анализаторы дымовых газов – необходимый инструментарий для настройки и сервисного обслуживания новейших когенерационных установок
Опубликовано: 24 сентября 2019 г.
410
М. Григорян
Принцип совместной выработки тепла и электроэнергии, называемый когенерацией (от англ. сogeneration), позволяет значительно увеличить эффективность использования топлива по сравнению с технологиями, применяемыми на электростанциях, вырабатывающих только электрическую энергию. Использование технологий когенерации позволяет не терять ту тепловую энергию горячих дымовых газов, которая в обычных топливосжигающих установках не используется.
Когенерационная установка состоит из силового агрегата, электрического генератора, различного вида теплообменников (поверхностных, контактных, жаротрубных) и системы управления. В качестве силового агрегата обычно используют тепловые двигатели различного типа, например, газопоршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) или газотурбинные двигатели (ГТД). Производство электрической энергии осуществляется генератором, который приводится во вращение силовым агрегатом (двигателем), а выработка тепловой энергии происходит путем отбора излишков тепловой энергии от систем двигателя (системы охлаждения, системы смазки) и его отработавших газов. Полученную тепловую энергию посредствам теплообменных аппаратов передают к потребителю тепла.
Таким образом, применение когенерационных установок значительно повышает эффективность использования топлива. Например, при электрической мощности когенерационной установки в 1 МВт, потребитель получает до 2 МВт тепловой мощности в виде горячей воды или пара, которые, в свою очередь, могут быть использованы для промышленных нужд, отопления и горячего водоснабжения.
Во многих странах Европейского союза с 2000 года действуют национальные проекты по увеличению топливной и энергетической эффективности, а также по сокращению выбросов вредных веществ в атмосферу. В Российской Федерации в 2009 году был принят новый Федеральный закон № 261ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». План мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности направлен на достижение поставленного Президентом РФ показателя — снижение энергоемкости национальной экономики на 40% к 2020 году.
В рамках данных национальных проектов Россия и страны ЕС стремятся внедрять в энергетику новейшие достижения науки и техники: когенерационные электростанции с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинные установки в качестве силового оборудования для мощных ТЭС и мини-ТЭЦ. За последние 10 лет существенно обновился парк оборудования и технологий. К таким техническим новинкам относятся, например, водонагреватели со встроенным тепловым насосом, использующие тепло окружающего воздуха и обеспечивающие за счёт этого тройную экономию электроэнергии для потребителя. Безусловным нововведением последних двух-трёх лет является массовое производство и применение компактных микро-когенерационных установок с двигателем Стирлинга с общей мощностью от 3 до 100 кВт, работающих на природном и сжиженном газе. Особое свойство двигателя Стирлинга, как двигателя с внешним подводом теплоты, позволяет снизить в 3 раза содержание СО в обработанных газах и значительно понизить содержание NO (содержание NO2 остаётся постоянным и не превышает 3% об.) при этом общий КПД достигает 96 %, а уровень шума не превышает 60-65 дБ.
Как любая сложная система, микро-когенерационные установки требуют должного обслуживания, для осуществления которого требуется специализированное высококачественное оборудование. Настройку и обслуживания микро-когенерационных установок наиболее удобно проводить с газоанализатором testo 330-2 LL. Для контроля выбросов от микро-когенерационной установки данный анализатор рекомендуется комплектовать опциональными сенсорами на оксид углерода CO низ.(0…500ppm, с разрешением 0,1 ppm) и оксид азота NO низ. (0…300ppm, с разрешением 0,1 ppm), позволяющие осуществить регулировку на предельно-низкие концентрации в выбросах и обеспечить при этом максимальный КПД. Встроенная в testo 330-2 LL функция автоматического разбавления задействуется при превышении концентрации СО свыше 500 ppm, разбавляя пробу газа до 2 000 ppm. Это позволяет проводить замеры вне диапазона измерения сенсора и защищает его от выхода из строя при избыточных концентрациях СО. На прибор предоставляется 4-х летняя гарантия (в том числе на сенсоры - О2 и СО), позволяющая снизить эксплуатационные расходы, благодаря экономии, как минимум, на одной плановой замене сенсоров.
На когенерационых установках с ДВС необходимо проводить измерения, исходя из технических особенностей настройки газопоршневых двигателей и законодательных нормативов ГОСТ Р 55006-2012 «Стационарные дизельные и газопоршневые электростанции с двигателями внутреннего сгорания. Общие технические условия».
Для правильной настройки и обслуживания когенерационных установок с газопоршневым двигателем необходимо контролировать выбросы дымовых газов в различных режимах двигателя и установки в целом. При этом необходимо контролировать одновременно напрямую оксиды азота NO и NO2 , так как концентрация NO2 не является постоянной величиной и в процессе измерений может достигать 50% от NOx. Анализатор testo 340 с возможностью одновременного измерения концентраций О2 (0…25%), CO(0…10 000ppm), NO(0…3 000ppm) и NO2 (0…500ppm) будет удобным и надёжным помощником сервисных инженеров при настройке когенерационных установок. Дополнительное удобство и точность измерений обеспечивают модернизированные зонды для промышленных двигателей и турбин, рассчитанные на максимальную температуру Tмакс.= 1 000°C, длинным 4-х метровым 2-х канальным шлангом для точного измерения NO2/SO2 и встроенным пылевым фильтром. Опционально в зонд для промышленных двигателей и турбин может быть установлена термопара (тип К, 1 000°C) для контроля температуры отходящих газов. Благодаря дополнительным отверстиям на кончике трубки зонда время отклика термопары сокращено в 2 раза, а 2-х канальный шланг позволяет предотвратить путаницу кабелей, так как кабель от термопары может быть интегрирован в свободный канал шланга. Управлять газоанализатором testo 340 на расстоянии до 10 м, передавать данные на компьютер и создавать отчёты можно с помощью программного обеспечения easyEmission. Подключение к ПК (ноутбуку, планшету) происходит либо по каналу USB, либо с помощью Bluetooth, что особенно удобно при настройке и проведении тестовых испытаний когенерационной установки.
Замена старых электрогенерирующих мощностей на новейшие высокоэффективные газовые турбины, снижающие выбросы (до 9-25 ppm) оксидов углерода COx (СO+CO2) и оксидов азота NOx (NO+NO2), и сокращающие «тепловое загрязнение» окружающей среды является одним из способов решения экологических проблем. Экологические показатели газотурбинных установок, соответствующие самым высоким требованиям, позволяют размещать их в непосредственной близости от местонахождения людей. КПД газотурбинных установок практически сопоставим с газопоршневыми силовыми агрегатами, однако с помощью газотурбинных установок значительно проще получить высокую мощность. При этом диапазон электрических нагрузок может находиться в пределах, начиная от минимальных 1-3% и до максимальных 110-115%.
От газоанализатора, который будет использоваться для настройки и обслуживания газотурбинных установок, требуется соответствие самым высоким метрологическим требованиям и российским нормативам СТО ГАЗПРОМ 2-3.5-038-2005 «Инструкция по проведению контрольных измерений вредных выбросов газотурбинных установок на компрессорных станциях».
Анализатор дымовых газов testo 350 полностью отвечает российским норам и всем требованиям, предъявляемым производителями новейших турбин по контролю малых концентраций в отходящих газах, необходимых для правильной настройки установок. Измерения выбросов в процессе мониторинга и настройки турбин требует высокого уровня точности ввиду низких концентраций СО и NO. Сочетание сенсора NO2 (0…500ppm) и сенсора NO низ. (0…300ppm) с разрешением 0,1 ppm позволяет с лёгкостью решить задачу по высокоточному определению суммы оксидов азота NOx. Благодаря возможности выбора необходимого коэффициента расширения диапазона измерения до 20 000 ppm для сенсора СО низ. (0…500ppm, с разрешением 0,1 ppm) можно получить точные значения концентрации угарного газа, не боясь повредить сенсор во время процесса наладки турбин. В дополнение к этому, встроенный блок пробоподготовки на элементах Пельтье, осушающий забранную пробу, и специальный зонд для турбин исключают возможность образования конденсата и способствуют высокоточному измерению крайне неустойчивого газа NO2. Конкурентным преимуществом testo 350 является возможность управления блоком анализатора на расстоянии до 100 м (при условии отсутствия помех) и получения измеренных значений по каналу Bluetooth 2.0 с помощью управляющего модуля. С газоанализатором testo 350, как и с testo 340, можно подключаться к ПК (ноутбуку, планшету) по каналу USB или Bluetooth с помощью ПО easyEmission.
Технологии, применяемые в современном оборудовании, например, газоанализаторах Testo, позволяют осуществлять настройку и безупречную работу новейших газотурбинных и когенерационных установок, снижая затраты предприятий, связанные с расходом топлива, и обеспечивая при этом экологическую безопасность.
Статья из журнала "Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ", №1/2019.
