Вы здесь

Перспективы применения турбин ТРБ для экономии топливно-энергетических ресурсов

Версия для печати

Вопросы энергосбережения приобретают в последнее время все большую актуальность. Над ними постоянно работают белорусские теоретики и практики. Экономии топливно-энергетических ресурсов служат новые паровые турбины марки ТРБ (Турбомашины Республики Беларусь), разработанные белорусскими специалистами и изготовленные на белорусских предприятиях. Две такие машины находятся в опытно-промышленной эксплуатации в г. Городок Витебской обл. (60кВт) и г. Гродно по ул. Титова, 24 (250кВт). Еще две турбогенераторные установки по 250 кВт изготавливаются под заказ завода КПД-1 в г. Минске и под заказ в Литву (рисунок).
Котлы промышленно-отопительных котельных традиционно эксплуатируются при пониженных начальных параметрах пара — 4ё6 бар при расчетном 14 бар и выше. Эта разница потенциалов пара и составля  ет резерв повышения эффективности топливоиспользования. Невостребованный потенциал пара котлов для комбинированного производства одного-двух видов энергии — тепловой и механической (электрической) — возможно использовать на основе турбин ТРБ.
Удельный расход топлива на такое производство электроэнергии по комбинированному циклу составляет bээ = =150–160 г у.т./кВтЧч, что вдвое меньше, чем на Лукомльской ГРЭС. Объясняется это тем, что отработавший в турбине пар в первом случае отдает теплоту конденсации сетевой воде или потребителю пара, а во втором его теплота безвозвратно теряется в холодном источнике (Лукомльское озеро). Фактически этот расход связан с восстановлением расчетного давления пара в барабане котла. Для этого требуется дополнительная форсировка котлоагрегата топливом в объеме 4–7% от исходного режима (4–6 бар). Потенциал пара от номинальных (14 бар) до исходных (4–6 бар) срабатывается в турбине, а отработавший в ней пар направляется к прежним потребителям.
Следует отметить наивысшую эффективность реализации комбинированного производства по турбоприводному варианту (ТП) по сравнению с турбогенераторным (ТГ). В случае применения турбины для непосредственного привода механизмов собственных нужд (насосов, вентиляторов, дымососов и т.д.) исключаются потери, связанные с двойным преобразованием энергии в электрогенераторе (h г »0,9) и электродвигателе (h эд »0,9).
Турбоприводный вариант (ТП) обеспечивает за счет этого экономию не менее 20–30% от потребляемой механизмом электроэнергии (). Исключение двух электрических машин (генератора и электродвигателя) удешевляет и упрощает вариант ТП. Турбина ТРБ в варианте ТП может эксплуатироваться в диапазоне частот вращения ротора от нуля и до номинальной. Это позволяет дополнительно экономить энергию на привод механизма и за счет регулировочного эффекта. Суть его — в исключении потерь с дросселированием перекачиваемой среды на частичных нагрузках за счет соответствующего снижения оборотов турбины и работы механизма с полностью открытым регулирующим клапаном (шибером) на напорной стороне. Использование регулировочного эффекта обеспечивает до 30% экономии энергии на привод.
Вариант ТП, таким образом, почти в 1,5раза превосходит вариант ТГ. Недостаточный объем реализации варианта ТП в значительной степени объясняется коммерческими интересами поставщиков и, как следствие этого, отсутствием соответствующих турбоприводов. Кроме того, вариант ТГ дороже ТП. Затратный принцип в нашей экономике работает по всей цепочке: поставщик — проектировщик — экспертиза — монтаж и т.д.
Турбины ТРБ имеют в своем ряду наивысшую надежность, что обеспечивается их безредукторным исполнением, то есть без маслосистемы. Следовательно, они пожаробезопасны. Это позволяет размещать турбину в любом помещении, в том числе и непосредственно у котлоагрегата, а благодаря малым габаритам ее можно устанавливать вместо электродвигателя на существующий фундамент при реализации варианта ТП.
Высокая надежность турбин ТРБ обеспечивается рабочим колесом с цельнофрезерованными рабочими лопатками, что вдвое снижает напряжение в теле лопаток, а также тихоходностью: вращение ротора — 3000 об/мин (у калужской — 8800 об/мин).
Теоретически решена и экспериментально подтверждена в г. Гродно на первой нашей турбине задача определения величины предельного заброса оборотов ротора турбины (любой) при отключении генератора от сети и отказе защиты от разгона. Предельный заброс оборотов ротора турбины не превышает удвоенной от ее расчетной величины. Экспериментальная проверка дала значение величины максимального заброса 5740 об/мин при расчетной величине 3000 об/мин, что не выходит за предел прочности ее ротора (укалужской такой заброс составит около 15000 об/мин при расчетной величине 8800 об/мин).
По удельному весу на единицу мощности турбины ТРБ в 5–7 раз превосходят машины аналогичного класса Калужского турбинного завода, что обеспечивает низкую себестоимость их производства и простоту эксплуатации (на уровне насоса). Турбины ТРБ выполняются на основе ступени двойного повторного подвода рабочего тела с одним рабочим колесом, и это дает им дополнительные преимущества по сравнению с аналогами. Это прежде всего сравнительно малый расход пара холостого хода: 10% от номинальной величины у нашей и 31% — у калужской турбины, что гарантирует высокую экономичность ТРБ на частичных нагрузках, необходимую при реализации турбоприводного варианта. Возможность выполнения промежуточных отборов рабочего тела равноценна использованию в одной машине двух и более потоков дросселируемого пара (у калужских и чешских турбин такой возможности нет). Комплектация наших турбин асинхронным генератором (обычный электродвигатель) существенно упрощает электрическую часть турбогенераторной установки, а микропроцессорная система защит и управления, примененная уже на второй турбине (Городок), выгодно отличает их от аналогов (калужских).
Приведем основные результаты расчетов экономической эффективности применения турбин ТРБ для трех возможных вариантов.
 Базовый вариант (без турбогенераторной установки). Отпуск тепловой энергии осуществляется в свежем паре при давлении 4 бара (3 ати). Загрузка котла номинальная — 10 т/ч. КПД котла (расчетный) 89%.
 Варианты комбинированного производства тепловой и электрической энергии турбогенераторной установкой (ТГ). Отпуск тепловой энергии осуществляется в отработавшем паре (после турбины) при противодавлении 1,5 бара (0,5 ати) и 0,5 бара. Давление перед турбиной для обеих величин противодавления принято соответственно 14 и 8 бар. Количество отпускаемой тепловой энергии на всех режимах одинаково и соответствует базовому режиму. Компенсация более низкого потенциала отработавшего пара для режимов ТГ осуществляется за счет соответствующего увеличения его расхода под базовую тепловую нагрузку. При этом котел дополнительно форсируется топливом (4–7%). Дополнительный расход топлива на режимах ТГ по сравнению с базовым режимом идет на выработку механической (электрической) энергии турбогенераторной установкой. Такое выравнивание вариантов (Qm = const) соответствует фактическому ведению режимов и наиболее корректно отражает полученные результаты.
В наших расчетах для оценки срока окупаемости турбоустановок ТРБ принимались удельные капиталовложения на уровне 150 долл./кВт, в то время как на аналогичное импортное оборудование они превышают 600 долл./кВт (калужские) и приближаются к 1000 долл./кВт (чешские).
Результаты сравнительных расчетов экономической эффективности применения турбогенераторной установки с турбиной ТРБ для 3 вариантов представлены в таблице.

Анализ полученных результатов и основные выводы.
 Суть технико-экономической эффективности отражается величинами располагаемой мощности турбоустановки, прибыли и себестоимости производства собственной электроэнергии.
 Мощность и прибыль в варианте 3 достигают максимальных значений, а в варианте 2 они минимальны. Анализ подтверждает важность перевода котлов на номинальное давление пара, а также поддержания минимальной его величины. Этим фактически предопределяется исполнение турбины ТРБ по типу ПТР, то есть с промежуточным отбором пара на производство (отбор П) давлением 4–6 бар и теплофикационным противодавлением (ТР — выхлоп на бойлер). По такому типу выполнены обе наши головные машины. Надежность их работы подтвердила правильность всех заложенных в них конструктивных решений. Возможность выполнения турбин ТРБ под индивидуальные условия заказчика дополнительно расширяет их функциональные достоинства.
 Себестоимость электроэнергии собственного производства минимальна в варианте 3. Важно отметить, что собственная электроэнергия в 4 раза дешевле покупной из энергосистемы, и эта разница по мере подорожания топлива будет возрастать. Очевидно, неизбежно и подорожание генерирующей техники в самой ближайшей перспективе.
Выбор основных характеристик турбины является важнейшим условием обеспечения высокой эффективности ее работы. Он требует изучения режимов теплопотребления котельной. Эта задача решается на стадии рабочего проектирования турбины ТРБ под условия заказчика.
Практический интерес представляет цена на импортируемую технику такого класса. Так, КТЗ выставил Скидельскому сахарному заводу цену на турбину 650 кВт 220 тыс. долл., что по цене kуд = 338,5 долл./кВт. Из расчета “под ключ” стоимость такого проекта составила бы 550 тыс. долл., а срок окупаемости с учетом платы за кредит при этом превысил бы 7лет. Для многих заказчиков такие варианты неприемлемы. Подчеркнем, что это к тому же турбоприводный вариант, то есть без генераторной части. С учетом ее стоимости срок окупаемости турбогенераторного варианта с турбинами КТЗ превышает 10–12 лет.

В работе над проектом принимали участие Е.А. Пантелей, Н.В. Пантелей, Н.Н.Скоробогатый, Е.В. Кулак, Л.Ф. Левков — ООО “Венедикт”, В.А. Дудик, А.И.Чубук, Н.И. Тараненко, Г.А. Папко — РУП “Белоозерский энергомеханический завод”, П.Ю. Емельянов, В.А. Хохлов, З.В.Котов, С.Ю. Сорокин — ООО “МГ Моторы”.


comments powered by HyperComments
Читайте также
23.07.2003 / просмотров: 21 460
Полноценная среда обитания человека невозможна без развитой системы отдыха и оздоровления. Она включает озелененные пространства вблизи жилища,...
23.07.2003 / просмотров: 6 097
Геннадий Штейнман XVIII съезд Белорусского союза архитекторов завершил свою работу. Еще долго мы будем обсуждать его решения, осмысляя свои и чужие...
02.09.2003 / просмотров: 8 212
Для Республики Беларусь проблема реконструкции массовой жилой застройки 1960–1970-х годов приобретает особую значимость, учитывая то...