Опыт утилизации тепла в котельных и мини-ТЭЦ
Материал из журнала
котельные и мини-ТЭЦ" №5/2018г.
Подписаться на рассылку
статей Вы можете
на главной странице сайта
О самых эффективных схемах утилизации тепла в котельных и мини-ТЭЦ, опыте утилизации и возможной экономии от нее специально для читателей журнала «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ» (ПКМ) рассказали:
Алексей Туленинов, руководитель группы инженерно-технической поддержки ООО «Виссманн»,
Евгений Хейфец, коммерческий директор ООО «ТМ МАШ»,
Евгений Шадек, независимый эксперт,
Мануэль Шерб, руководитель отдела продаж стран ЕАС, APROVIS Energy Systems GmbH,
Виталий Сергеев, технический директор ООО «АэроГидроТех».
ПКМ: Расскажите о наиболее эффективных схемах утилизации тепла в котельных и мини-ТЭЦ.
Алексей Туленинов: Фирма Viessmann изготавливает паровые котлы-утилизаторы, водогрейные котлы-утилизаторы, водогрейные/паровые котлы-утилизаторы с дополнительной горелкой.
Наиболее эффективными системами утилизации тепла от газопоршневых агрегатов, дизельных генераторов или газотурбинных агрегатов, с нашей точки зрения, является установка жаротрубного котла-утилизатора с конденсационным теплообменником на выходе из котла. Такая схема компоновки позволяет, в зависимости от типа источника, снижать температуру выхлопных газов с 400 до 102°.
Для достижения наибольшей энергоэффетивности в водогрейных котельных применяются конденсатные теплообменники из нержавеющей стали для максимальной утилизации тепла дымовых газов, энергоэффективная теплоизоляция котла, трубопроводов, арматуры, выполненная из высококачественных материалов.
В паровых котельных, наряду с конденсационными теплообменниками (экономайзерами), применяются утилизаторы тепла продувок от котла, утилизация тепла выпара из деаэратора и т.д.
Вакуумный центробежно-вихревой деаэратор, 50 т/ч
Евгений Хейфец: Само по себе, использование энергии топлива с максимальным КПД, как минимум, разумно. Но лишь в последние годы, в связи с резким ростом стоимости энергоносителей, это понимание нашло серьезный отклик как у заказчиков, так и у государства. Та же история и со сжиганием попутного нефтяного газа в факелах на месторождениях. Сейчас они практически погашены, а попутный газ используется для выработки электроэнергии и тепла в газопоршневых электростанциях.
Тепловой модуль для ДГУ Mitsubishi (ТМ МАШ)
Если же говорить о степени эффективности внедрения систем утилизации, то она зависит от комплексного подхода: как при постановке задачи (сколько требуется тепла, какие режимы работы оборудования, уровень квалификации персонала), так и при реализации (грамотность выбора технологической схемы, расчета параметров оборудования, учета особенностей места эксплуатации и качества теплоносителя).
СУТ для установки на крыше контейнера - APROVIS
Мануэль Шерб: Рекуперация тепла отходящих газов ТЭЦ применяется там, где тепло и электричество используются непосредственно на месте и / или подаются в энергосистему по экономичной цене. С суммарным КПД более 90% ТЭЦ является одной из наиболее эффективных форм производства энергии.
Тепло можно использовать по-разному. Например, для производства пара, горячей воды, нагрева термального масла. Это обеспечивает высокий уровень гибкости и поэтому очень востребовано.
В конечном счете, решающим является вопрос, какая тепловая энергия требуется заказчику. С помощью этой информации можно определить наилучшее решение.
Паровой котел-утилизатор в контейнере APROVIS
Евгений Шадек: Разработанная комбинированная система отопления и ГВС с глубокой утилизацией тепла отходящих газов (ПКМ, №2, 2017, с. 20-22). К этому вопросу относятся мероприятия и средства утилизации тепла, энергосбережения. Изоляция оборудования и газоходов, воздуховодов и т.п. Качественные материалы и поддержание изоляции в хорошем состоянии. Соблюдение норм и правил эксплуатации оборудования. Автоматика, управление. Поддержание оптимальных режимных параметров, погодозависимое регулирование режима с помощью современных САР и приборов. Контроль горения. Выбор и контроль работы горелки, качества горения.
Виталий Сергеев: Помимо прочих, эффективными способами утилизации тепла в котельных и мини-ТЭЦ являются: подогрев подпиточной воды; нагрев воды ГВС; отопление помещения котельной.
Для исключения образования конденсата на фильтрах ХВО требуется подогревать исходную воду до температуры 25-30°С. Для этих целей как нельзя лучше подойдёт «лишнее тепло», которое практически всегда встречается в любой котельной или мини-ТЭЦ. Можно теплом дымовых газов нагревать исходную воду. Также можно, не остывшую до температуры максимального КПД котла, сетевую воду направить на нагрев воды, подаваемой на фильтры ХВО. Эффективным способом, реализованным на многих объектах, является подогрев исходной воды, водой после центробежно-вихревого деаэратора.
Интересным способом является нагрев воды для ГВС за счет лишнего тепла. Его можно реализовать как просто подогрев воды на несколько градусов, так и как полноценный нагрев воды до 70°С для снабжения горячей водой, например, здания той же мини-ТЭЦ или ближайших небольших зданий.
Хорошим способом утилизации тепла является обогрев помещения котельной. Зачем отбирать тепловую энергию от котлов, когда можно поставить калорифер и организовать воздушное отопление помещения котельной, тем самым обеспечив циркуляцию воздуха в помещении котельной или мини-ТЭЦ и утилизировав излишнее тепло. При этом прогревается все помещение равномерно, снижая температуру воздуха в местах расположения трубопроводов с горячей водой и стенок котлов.
ПКМ: Какой экономии можно достичь, утилизируя тепло уходящих газов котлов и ГПУ?
Алексей Туленинов: При применении конденсационных теплообменников, КПД котла может увеличиться на 5-7% в зависимости от глубины утилизации, что значительно сказывается на экономии топлива в течение года.
Евгений Хейфец: Оборудование системы утилизации тепла ДВС не является, строго говоря, генерирующим, а скорее преобразующим – избыточное тепло выхлопных газов, смазочного масла и охлаждающей жидкости преобразуется в тепловую энергию воды, которая передается потребителю. Из этого следует, что при использовании системы утилизации тепла отсутствуют затраты на топливо, расходные материалы, плановые работы по замене и ремонте узлов оборудования, привлечение специализированного эксплуатационного персонала.
ДГУ Aggreko с тепловым модулем ООО ТМ МАШ
Таким образом, окупаемость системы зависит всего от двух факторов – инвестиционных капитальных вложений и стоимости выработки аналогичного объема тепла в котельной. Так, удельная стоимость капитальных вложений в расчете на 1 кВт установленной тепловой мощности составляет порядка 5-10 тысяч руб. с НДС/ 1 кВт.
Выработка 1 кВтч в дизельной котельной составит в топливном эквиваленте 0,1 л дизельного топлива, или 5 руб. с НДС. Несложно подсчитать, что срок окупаемости составит менее 6 месяцев, и это при 50% загрузке оборудования! При сравнении с газовой котельной, срок окупаемости составит соответственно менее 3 лет при 75% загрузке, что тоже существенно.
Тепловой модуль для ДВС Wartsila (ТМ МАШ)
Мануэль Шерб: Благодаря использованию отработанного тепла, общая производительность газового двигателя возрастает до 90% по сравнению с прямым производством электроэнергии газовым двигателем. По мере того как отработанное тепло накапливается, его можно расходовать при необходимости. Более того, нет нужды в приобретении котлов, работающих непосредственно на тепловой энергии. Экономия зависит от количества рабочих часов, а также от конкретных компонентов утилизаторов.
Ключевым преимуществом решений APROVIS является то, что каждый проект проектируется индивидуально, а не с помощью готовой или модульной системы. В конечном счете это значит, что потребитель получит оптимальное решение использования отработанного тепла для своей задачи.
Евгений Шадек: КПД по низшей калорийности – до 105%. Разность между значениями КПД с утилизацией и без утилизации и даст экономию топлива. Последнее значение – паспортное. У современных газовых котлов порядка 90-92%. Таким образом, экономия от системы ГУ составит 13-15%.
Котел-утилизатор от газовои турбины Siemens SGT-400
Виталий Сергеев: Экономию от утилизации тепла уходящих газов и ГПУ необходимо рассчитывать в каждом случае индивидуально. Несмотря на то, что тепловые энергетические объекты делаются по типовым схемам, каждый объект остается уникальным. Как люди: мы все одинаковые, но при этом каждый из нас чем-то отличается. Также и объекты теплоснабжения по сути одинаковые, но каждый имеет какие-то свои отличительные особенности, и вот эти небольшие отличительные особенности очень сильно влияют на экономию, которую можно получить.
Самый простой пример: экономия топлива от утилизации тепла дымовых газов. Эффект от утилизации тепла уходящих газов котельной, расположенной в северных регионах, будет выше, чем эффект в той же котельной, расположенный в южных регионах. Потому что на севере и исходная вода холоднее, а на юге часто даже не требуется тратить тепловую энергию на отопление помещения котельной – так как, несмотря на соблюдение кратности воздухообмена, температура воздуха в помещении выше 23°С. Экономия от утилизации тепла может быть более 10%, но на каких-то объектах она может доходить и до 70%, а где-то и 10% получится сэкономить с трудом.
ПКМ: Расскажите об опыте утилизации тепла на конкретном примере.
Алексей Туленинов: В 2016 году совместно с нашим партнером был реализован проект с установкой паровых котлов с интегрированными экономайзерами. В дополнение к экономайзерам были установлены конденсатные теплообменники, что позволило повысить КПД котлов на 5-6%.
Евгений Хейфец: За 7 лет работы ООО "ТМ МАШ" изготовило и запустило в работу боле 150 тепловых модулей и довольно сложно выделить какой-то один, наиболее значимый, объект. Пожалуй, стоит отметить проекты компании на Дальнем Востоке – на Чукотке, Камчатке, Сахалине и Курильских островах, где дизельные электростанции зачастую единственные источники энергии. Приятно осознавать, что оборудование, изготовленное нашим предприятием в Санкт-Петербурге, помогает сохранить уникальную природу и экологию этого региона России, находящегося за 7000 км от нас.
Мануэль Шерб: Например, хорошо известное производство шин установило двигатель MTU мощностью 2 МВт и использует горячие выхлопные газы для производства пара и горячей воды. Электричество и пар использованы для процесса автошины и горячей воды для нагрева. Срок окупаемости этого проекта – два года с 8000 часами работы в год.
Компания APROVIS с 2000 г. производит системы утилизации тепла как в контейнерном исполнении, так и для эргономичной установки на крыше.
Евгений Шадек: Не располагаю. Мои многочисленные попытки обратить внимание на техническое решение не дали результата. Надо поучиться у литовской группы компаний «Энерстена», г. Каунас. Это пример успешного бизнеса на системах утилизации – весь комплекс работ выполнен на высочайшем уровне.
Виталий Сергеев: Основный проблемой утилизации лишнего тепла в деаэрации являются случаи, когда деаэратор работает в вакуумном режиме на нулевых нагрузках. С одной стороны, нам необходимо поддерживать необходимую глубину вакуума, с другой стороны, при поддержании необходимой глубины вакуума у нас происходит процесс кипения воды с образованием выпара с определенным теплосодержанием. У нас есть несколько решений, которые позволяют данное тепло направлять обратно в рабочий цикл котельной. В частности, это может достигаться за счет подогрева исходной воды. Также, иногда, мы это тепло используем для подогрева воды на горячее водоснабжение, непосредственно котельной либо каких-то близлежащих зданий.
Должен отметить, что на всех наших объектах, где была установлена система центробежно-вихревой деаэрации, потери тепла сведены практически к нулю! В то время как на других деаэраторах при работе в атмосферном или вакуумном режиме потери тепла составляют порядка 10% от общего количества тепла, направляемого на деаэратор. На более чем шести объектах на Дальнем Востоке нами реализована схема с установкой охладителя выпара совместно с деаэратором конденсата. Это позволило полностью исключить потери пара вместе с выбором и направлять в атмосферу уже остывшие газы, с температурой 30-40°С и низким влагосодержанием.
ПКМ: Каковы перспективные направления применения котлов-утилизаторов: конденсационные режимы, контактные теплообменники и т.д.?
Алексей Туленинов: Одним из перспективных направлений считается установка котлов-утилизаторов с конденсационным теплообменником дымовых газов, что позволяет максимально глубоко утилизировать температуру выхлопа от ГПУ/ДГУ/ГТУ. Также большое распространение имеет установка одного котла-утилизатора для нескольких источников выхлопных газов. При этом, выхлопные газы в котле-утилизаторе не смешиваются, а идут по своим собственным секциям. Это позволяет исключить взаимное влияние источников тепла друг на друга.
ПКМ: Расскажите о наиболее интересных схемах применения котла-утилизатора.
Алексей Туленинов: Тригенерационные установки. В тригенерации в качестве первичного источника тепла могут использоваться ГПУ с котлами-утилизаторами и АБХМ. Эта схема даёт возможность эффективно использовать утилизированное тепло не только зимой для отопления, но и летом для кондиционирования помещений или для технологических нужд. Для этого используются абсорбционные бромистолитиевые холодильные установки. Такой подход позволяет использовать генерирующую установку круглый год, тем самым не снижая высокий КПД энергетической установки в летний период, когда потребность в вырабатываемом тепле снижается.
ПКМ: Расскажите об опыте установки котла-утилизатора.
Алексей Туленинов: На территории РФ установлен котел-утилизатор от газовой турбины Siemens SGT-400. Мощность котла по пару составляет 20 т/ч, давление пара – 40 бар, температура 440°С. Температура выхлопных газов за котлом-утилизатором составляет 102,4°С. Этот показатель достигается за счет установки двух последовательно установленных экономайзеров, один из которых выполнен из нержавеющей стали. Котел установлен в Крыму в 2014 году.
Опубликовано: 10 декабря 2018 г.