Мини тэц на древесных отходах

Мини–ТЭЦ: разновидности, топливо, предназначение и использование

Мини–ТЭЦ представляют собой теплосиловые установки, предназначенные для совместного производства как тепловой, так и электрической энергии в устройствах единичной мощностью до 25мВт, независимо от модификации оборудования.

В настоящее время, как в отечественной, так и в зарубежной теплоэнергетике пользуются широким применением следующие установки:

• конденсационные паровые турбины с отбором пара;
• противодавленческие паровые турбины;
• газопоршневые, газодизельные и дизельные агрегаты с утилизацией тепловой энергии.
• встречаются и газотурбинные установки с паровой или водяной утилизацией тепловой энергии.

1. Мини–ТЭЦ на древесных отходах

Рост цен на традиционные виды топлива (мазут, уголь и дизельное топливо), а также ужесточение контроля над утилизацией отходов и стремление перерабатывающих производств снизить свои затраты, стали основными факторами заметного увеличения в последнее время интереса к средним и малым автономным источникам электрической энергии. Кроме этого дополнительный интерес обусловливается тем фактом, что в качестве топлива данные автономные источники электроэнергии применяют отходы биомассы, и в частности, так называемые возобновляемые источники энергии.

Использование в качестве источников энергии ВИЭ (возобновляемых источников энергии) обеспечивает значительное сокращение количества выбросов в атмосферу парниковых газов, и тем самым создает необходимые предпосылки для осуществления торговли квотами на выбросы в атмосферу вредных веществ в рамках механизма реализации Киотского протокола.

В отличие от традиционной паровой технологии основными преимуществами газификации можно назвать следующие факторы:

• широкий диапазон мощностей, варьирующийся от нескольких единиц до нескольких сотен киловатт;
• высокий уровень электрического КПД, составляющий более 30%;
• возможность производства электрической и тепловой энергии в режиме когенерации;
• высокие экологические показатели и в частности меньшее количество выбросов в выхлопных газах двигателей, в отличие от функционирования на природном газе. Побочные продукты представляют собой древесную золу, впоследствии используемую в качестве удобрения для почвы, и древесный уголь, также впоследствии применяемый как топливо.

2. Мини–ТЭЦ на биотопливе

Мини–ТЭЦ обеспечивают значительное повышение энергетической безопасности региона, в котором они используются, а также дают значительный импульс развитию экономики и сельскохозяйственного сектора, лесопереработки и лесопользования. Кроме этого, производство тепловой и электрической энергии обладает необходимыми объективными и экономическими основаниями для прироста объемов сжигания биотоплива.

Экономическая эффективность мини–ТЭЦ, функционирующих на биотопливе, может быть значительно увеличена за счет реализации конкретного проекта, в особенности за счет уменьшения стоимости биологического топлива, минимизации расходов на его доставку, использования инновационных технологий и высокоэффективного процесса генерации тепловой и электрической энергии.

Использование в качестве сырья для получения тепловой и электрической энергии биотоплива значительно выгоднее, чем использование угля, мазута или какого-либо другого ископаемого аналога.

В данное время применение в энергетике биомассы является желанной альтернативой традиционным видам топлива, так как биомасса обладает не только более низким уровнем содержания серы, но и является возобновляемым источником энергии. Тем самым дается толчок для совершенствования технологий получения тепловой и электрической энергии из биомассы посредством классических паротурбинных установок, когенерационных установок на газогенераторных станциях, а также на мини–ТЭЦ.

В качестве топлива для функционирования данного оборудования используются:

• древесные гранулы–пеллеты;
• топливная щепа;
• агрогранулы;
• различные отходы деревообрабатывающей и мебельной промышленности (кусковые отходы, стружки, опилки и прочее).

3. Мини–ТЭЦ на биогазе

Исходным сырьем для получения биогаза могут служить не только органические массы растительного происхождения, но и навоз, помет домашних птиц и бытовые отходы. Основой технологии производства биогазов является анаэробная ферментация органических веществ, то есть без доступа кислорода.

На сегодняшний день практически во всех странах мира существуют национальные программы относительно производства и применения биогазов с возможностью обеспечения всех энергетических потребностей страны.

Одним из основных критериев применения биогаза в различных системах энергогенерации является значительное снижение техногенного воздействия на окружающую среду.

https://www.youtube.com/watch?v=YCL3lCye8to

Различные модификации энергоустановок для применения биогаза заключаются в выборе материалов, обладающих высоким уровнем устойчивости к сернокислотной коррозии, в частности с минимальным уровнем содержания меди. Кроме этого, требуется организация контроля в энергоустановке содержания количества смазочного материала, в то время как низкий уровень давления газа становится причиной увеличения диаметра трубопроводов и запорной арматуры.

Устройство мини-ТЭЦ на дровах и на твердом топливе:

• Газовый силовой агрегат;
• Система теплообменников;
• Электрический генератор;
• Система принудительного охлаждения;
• Система отвода газов;
• Распределительный шит.

4. Мини–ТЭЦ на угле

Основным предназначение угольных котельных является автономное обеспечение теплом и паром промышленных объектов, нуждающихся в паре в силу технологического процесса.

Особенно это актуально для районов, не имеющих по ряду объективных причин достаточного количества жидкого или газового топлива, или в тех случаях, когда применение данных видов топлива нерентабельно или затруднено, ну и конечно такое положение вещей характерно для районов, непосредственно осуществляющих добычу угля.

Процедура проектирования, возведения или же реконструирования котельных, функционирующих на угле, разительно отличается от процедуры выполнения аналогичных работ, применяемых для газовых и дизельных котельных, а также требует решения дополнительных вопросов относительно эффективности и высокого КПД угольных котельных.

В качестве основных преимуществ угольных мини–ТЭЦ можно перечислить:

• высокий уровень эффективности сжигания низкокачественного угля;
• высокий уровень механизации и автоматизации для угольных котельных мощностью от 20Вт до 20МВт;
• низкий уровень квалификации обслуживающего котельную персонала, предусматривающий эксплуатацию угольной котельной абсолютно необученными и неквалифицированными операторами.

Технология работы мини–ТЭЦ на угле

Топливо с угольного склада посредством вертикального элеватора подается на специальный ленточный конвейер и распределяется между угольными бункерами запаса в котельной. После чего уголь из бункера поступает в засыпной ковш при котле и после этого подается в многозонную механическую камеру ТКСОМОД.

Там и происходит сгорание угля в слое, после чего топочные газы отдают тепло в специальном водогрейном котле и экономайзере. Дымовые газы посредством специального дымососа направляются в общий газоход и после этого в стальную дымовую трубу котельной.

Угольный шлак и зола удаляются при помощи специального конвейера в бункер накопителя и уже оттуда вывозятся специальным автотранспортом.

5. Газопоршневые мини–ТЭЦ

Газопоршневые мини–ТЭЦ представляют собой инновационное высокотехнологичное, энергосберегающее оборудование, предназначенное для производства тепловой и электрической энергии из различных видов газообразного топлива:

• биогазов;
• природного газа;
• сжиженного газа;
• доменного газа;
• шахтного газа;
• коксового и других видов газа.

Для дома такие новомодные установки пока не используются по причине своей неоправданно большой для обычного хозяйства мощности. Подобные газовые агрегаты чаще можно встретить в условиях промышленных предприятий.

Источник: http://electromarin.ru/mini-tec.html

Мини ТЭЦ для дома

Значительная стоимость источников энергии, трудности и дороговизна подключения газа и централизованного электроснабжения, а в некоторых случаях и техническая невозможность подвода сетей, заставляет обращать внимание на альтернативные установки, способные обеспечить отопление и работу электроприборов.

При определенных условиях решить эту задачу может мини ТЭЦ для дома, работающая на различном топливе.

Пример установленной мини ТЭЦ

Отличия мини ТЭЦ и традиционных генераторов

Генератор — устройство способное преобразовать различные виды топлива в электрическую энергию. Большинство массово эксплуатируемых установок приводятся в действие двигателями внутреннего сгорания или газотурбинными установками. При этом значительная часть тепловой энергии, получаемая в результате сгорания топлива попросту выбрасывается на ветер.

https://www.youtube.com/watch?v=hYksutZhkXM

Основные потери приходятся на систему охлаждения двигателя, выхлопные (отработанные) газы, нагрев смазочных жидкостей. По этой причине КПД всех существующих генераторов, которые можно использовать в частном порядке, невысок.

Мини ТЭЦ для дома на твердом топливе (или других типах источников энергии) позволяет использовать теплопотери, характерные генераторам, для получения значительного количества тепловой энергии.

В промышленных масштабах теплоцентрали (ТЭЦ), работающие на крупных предприятиях, способны обеспечить потребности даже большого города. В последнее время все более востребованы становятся установки ТЭЦ сравнительно небольшой мощности, которые можно использовать в индивидуальных целях.

При этом основной упор делается на агрегаты, способные работать на альтернативных источниках энергии (биотопливо, торф, брикеты и пеллеты, древесные отходы, дрова).

Современные ТЭЦ могут работать в двух основных режимах:

1. Когенерация — получение электрической энергии и сопутствующая выработка тепла.
2. Тригенерация — обеспечение электричеством и дополнительное получение не только тепла, но и холода для рефрижераторных установок.

Принцип работы и существующие виды ТЭЦ

Если для традиционной ТЭЦ основным агрегатом считается двигатель внутреннего сгорания, то мини ТЭЦ на дровах или древесных отходах работает за счет прямого сжигания топлива в котлах.

Поэтому несколько отличается и принцип действия установок:

• Вращение вала ДВС (двигателя внутреннего сгорания) приводит в действие генерирующую установку, вырабатывающую электроэнергия. Тепловая мощность снимается с системы охлаждения двигателя и из продуктов сгорания топлива.
• Установки на альтернативных источниках энергии в основном работают в комплекте с паровой турбиной, вырабатывающей электроэнергию. Сжигаемое топливо позволяет получить пар, необходимый для работы турбин. В качестве источника тепловой энергии используется отработанный водяной пар и продукты сгорания (дым).

На практике чаще всего применяют следующие модификации ТЭЦ:

1. Агрегаты на основе ДВС. К ним можно отнести оборудование с бензиновыми и дизельными двигателями, газопоршневыми и газотурбинными установками. Наиболее производительными считаются именно газовые модификации.

Мини ТЭЦ работающая на дизельном топливе

Эксплуатация ТЭЦ с дизельным приводом осложнена тем, что установка должна работать практически на полную мощность. В противном случае двигатель разогревается недостаточно и снять тепловую энергию с него достаточно проблематично.

Средняя стоимость мини ТЭЦ данного типа зависит от вырабатываемой мощности. На сегодняшний день она составляет около 20-30 тысяч за каждый кВт электроэнергии. При этом стоит учитывать то, что минимальная мощность таких установок составляет 25-30 кВт, и использование их в личных целях достаточно проблематично.

2. ТЭЦ на отходах деревообрабатывающих производства вполне может использоваться в лесных местностях или при наличии дешевого источника топлива.

Мини ТЭЦ работающая на древесных отходах

Для частного дома вполне подойдет мини ТЭЦ от компании SUN SYSTEM. Такая установка вполне способна обеспечить потребности жилого дома площадью до 400 квадратных метров.

3. На сегодняшний день различные компании предлагают мини ТЭЦ для дома на биотопливе различных модификаций. При выборе таких установок следует учитывать тот факт, что экономическая целесообразность применения данных устройств будет присутствовать только при ежегодном потреблении не менее 3000 кВт*ч электроэнергии и 20 тысяч кВт тепла.

Мини-ТЭЦ на биотопливе от MW Power

При этом быстро окупается только то оборудование, которое работает с максимальной загрузкой. В противном случае срок окупаемости оборудования может значительно увеличится. Данный вариант наиболее подходит для коллективного использования, например, на 3-5 коттеджей или целый небольшой поселок.

Современные разработки микро ТЭЦ

Для индивидуальной эксплуатации рекомендуется обратить внимание на новое поколение оборудования — микро ТЭЦ. Для потребителей с небольшими потребностями в тепловой и электрической энергии такое оборудование будет лучшим выбором.

Так, микро ТЭЦ на основе того же двигателя Стирлинга,

VIESSMANN — VITOTWIN 300-W

• Идеально подойдет для небольшого загородного дома (при условии наличия доступа к природному или сжиженному газу).
• Средняя стоимость данной установки составляет 10,5 тысяч евро.
• Она позволяет получать 1 кВт электрической и 6 кВт тепловой энергии.

К основным преимуществам агрегата стоит отнести экономичность, низкий уровень создаваемого при работе шума. Еще одним плюсом считается простой монтаж (не сложнее обычного настенного котла).

Установка любой мини ТЭЦ, это в первую очередь работа на перспективу. Учитывая достаточно высокую стоимость оборудования, целесообразно коллективное применение данных агрегатов.

https://www.youtube.com/watch?v=pELhnpFX4qQ

Но даже при личном использовании мини и микро ТЭЦ способны гарантировать энергетическую независимость от центральных сетей. Поэтому таким агрегатам предназначено большое будущее.

Источник: http://climanova.ru/mini-tec-dlya-doma.html

Котел на опилках и древесных отходах

Древесные отходы – мусор, который образуется при обработке, утилизации и использовании древесины. Котел на опилках перерабатывает этот мусор.

Древесный мусор формируется:

• Во время работы с лесопромышленным комплексом и комбинатами по переработке древесины.
• При рубке древесины низкого качества, верхушек, больших сучьев и пород лиственного типа.
• При санитарном уходе за насаждениями в парках и скверах.

Стоит помнить, что огромное количество предприятий не проводит вывоз отходов древесины, а использует их в качестве топлива. Особенный акцент такие организации делают на опилках, так как они идеальный источник топлива. Отходы деревообработки служат прекрасным сырьем для изготовления различных строительных материалов. Подобные изделия активно используются практически во всех сферах человеческой деятельности.

Классификация

Существует две основных классификации, по которым делятся отходы древесины. В зависимости от производства, на котором формируются отходы:

• Отходы лесозаготовок – отделяемые элементы дерева, которые образуются во время производства лесозаготовок. Например остатки коры, хвои и листьев.
• Мусор деревообработки – древесные отходы, образовавшиеся в результате деревообрабатывающего производства.

Основываясь на форме и размере частиц, древесные отходы могут быть поделены:

• Кусковые древесные отходы – козырьки, рейка и короткомеры
• Мягкие древесные отходы – сюда включаются опилки и стружка

Вывоз, переработка и дальнейшее применение каждой категории происходит по-разному. Так, мусор от лесозаготовок в большинстве случаев отправляют на вторичную обработку, также из него можно сделать деревянные изделия вроде мебели, а из кусковых отходов создают твердое топливо.

Вывоз древесных отходов

Вывоз подобного мусора осуществляют специальные организации, которые в дальнейшем отправляют его на сжигание в ТЭЦ, работающей на опилках, или на заводы по вторичной переработке. Стоит отметить, что вывоз, как способ избавления от отходов подобного типа нерационален.

На это есть две причины:

• Дешевизна. Из-за избытка мусора древесного происхождения, стоимость на рынке упала до минимума. Стоимость зависит от конкретного региона.
• Транспортные издержки. Затраты на аренду транспорта могут быть выше, чем прибыль полученная от сдачи отходов.

Поэтому вывоз рекомендуется производить на мини ТЭЦ. Это устройство, которое позволит сэкономить определенное количество денег, потраченных на электроэнергию.

Утилизация

В большинстве случаев деревянные изделия сжигают для того, чтобы использовать выделяющееся тепло для обогрева помещений. Это основной и рациональный способ утилизации коры и прочих отходов.

Для этой цели можно взять слоевые или вихревые топки, пылевые горелки, однако наиболее удачным будет решение использовать котлы на опилках и мусоре из дерева.

С их помощью можно даже создать газогенераторы на древесных отходах или мини ТЭЦ, что в значительной мере позволит сэкономить на отоплении.

Мини ТЭЦ, работающая на опилках и древесном мусоре – теплосиловая установка, которая предназначена для выработки тепловой и электрической энергии в механизмах, мощностью не больше 25 мВт.

Преимущества

Стоит сказать о преимуществах мини ТЭЦ, работающей на древесных отходах и опилках. По сравнению с другими способами отопления, такими как газ или уголь, мини ТЭЦ на отходах древесины обладает рядом неоспоримых плюсов.

Рассмотрим подробнее основные из них:

• Можно не зависеть централизованных сетей отопления и электроэнергии. В особенности это удобно в тех районах, где нет повсеместной электрификации и газификации.
• Если котельная на древесных отходах предназначается для использования на производстве, отходами которого и является щепа, используемая в качестве топлива, то можно в значительной мере сократить, а то и вовсе исключить расходы на другие топливные материалы.
• Отходы производства будут использованы, так что не придется тратиться на их вывоз и дальнейшую утилизацию.

Ко всему можно отметить, что сокращение расходов на закупки энергоресурсов поможет развитию производства, ведь такой экономичный источник энергии позволит выпускать продукцию, требующую значительных затрат энергоресурсов.

Котлы для сжигания отходов древесины

Основой для такого устройства, как котельная на древесных отходах является котел, работающий на отходах деревообработки. Котлы могут быть разные, однако, общая классификация разделяет их на паровые и водогрейные.

1. Паровые котлы на отходах и опилках, как можно понять из названия, вырабатывают пар, приводя в действие паровые турбины. Таким способом можно получить электроэнергию, которая может быть использована для отопления и других технологических нужд.
2. Водогрейный котел используется для снабжения производства горячей водой или отопления.

Кроме того, существует ряд других критериев, по которым проводится классификация:

• Производительность. У тепловых котлов она носит название паропроизводительность и измеряется в мегапаскалях/см2. У водогрейных же этот параметр носит название «тепло производительность» и измеряется в мегаваттах. Отчасти, производительность такого устройства как котел отопления на опилках зависит от вида и качества материала. Так, одной из характеристик является насыпная плотность опилок древесных.
• Материал, из которого изготовлены котлы на опилках длительного горения. В большинстве случаев такие котлы на древесных отходах делаются из стали или чугуна.
• Циркуляция воды в водогрейных котлах, которая может быть прямоточной, естественной, комбинированной или принудительной.

Если говорить о паровых котлах, то они также делятся по температуре производимого ими пара. Хотя аналогичный критерий можно наблюдать и у водогрейного типа – там замеряется максимальная температура нагретой воды.

Тут тоже может играть роль насыпная плотность опилок древесных. Важно и то, чтобы формула, задающая соотношение щепы, коры и опилок была задана правильно.

Для изготовления котлов на опилках своими руками потребуются знания в области физики, небольшие навыки и схемы.

Дополнительное оборудование

Конечно, для нормального функционирования системы одного лишь котла будет недостаточно.

https://www.youtube.com/watch?v=nYIPPi-DAo8

Для создания собственной мини ТЭЦ на древесных отходах также понадобятся:

• Склад для хранения топлива
• Устройство, транспортирующее щепу со склада в котел
• Система вентиляции для подачи в котел свежего воздуха и удаления продуктов горения
• Датчики температуры и уровня задымленности
• Устройства, очищающие исходящий из котла дым от золы и шлаков
• Очистители для воды
• Турбогенератор
• Система, позволяющая управлять всеми процессами в мини ТЭЦ.

Хотя, кажется, что пунктов достаточно много, все они крайне необходимы для того, чтобы электростанция была полностью безопасна, т.к. ее основой служит отопительный котел с применением отходов в качестве топлива (коры, опилок и других древесных отходов).

Работающая на древесных отходах теплоэлектростанция сама по себе куда более экологична, чем ее работающие на угле или мазуте аналоги, специальные фильтрационные системы позволят сократить загрязнение атмосферы продуктами горения. Это является еще одной причиной, по которой сжигание древесных отходов с помощью котлов приобретает все большую популярность.

Применение древесных отходов

Использование древесных отходов из коры и дерева в качестве вторичного сырья:

• Из древесных отходов можно сделать полезные деревянные изделия, вроде паркета или мебели.
• Создание строительных материалов для теплоизоляции и производство ДВП, ДСП.
• Остатки коры применяются в сфере фармакологии, как фитопрепарат. Еще один способ применения остаток коры – препараты для обработки кожи.
• Зелень используется в качестве удобрения.
• Крупный мусор применяется в сфере бумажного производства.
• Мелкий мусор, вроде щепок, опилок и коры, зарекомендовал себя отличным топливным ресурсом.
• Устройства для очистки загрязненных стоков нефтепродуктами работают на опилках.

Как правило, переработкой занимаются только крупные организации, мелкие же предпочитают осуществлять вывоз мусора на свалки или на переработку, с целью получения дополнительного дохода.

Источник: http://VtorOthodi.ru/oborudovanie/kotly-na-drevesnyh-otxodah

Использование модулей ORC на мини-ТЭЦ

ORC-модуль 50 кВт

В Канаде, стране очень близкой к России по климатическим условиям, системы автономного теплоснабжения на основе котельных, работающих на биотопливе, все больше вытесняют крупные централизованные системы. Децентрализация в Канаде серьезно поддерживается на правительственном уровне, поскольку позволяет не только снизить финансовые затраты на отопление, но и добиться существенного экологического эффекта.

Наименьшая стоимость производства тепла приходится на такое биотопливо, как щепа. Основным конкурентом щепы является природный газ. Однако, с учетом быстрого роста стоимости природного газа, можно ожидать, что в ближайшем будущем другие виды биотоплива потеснят природный газ в этом рейтинге.

Важным фактором эффективной минимизации риска использования такого вида топлива, как опилки, стружка, щепа, кусковая древесина, является стабильность их поставки на котельную в течение всего отопительного сезона.

Например, считается, что строительство автономной котельной на щепе целесообразно только при выполнении одного условия: наличия в радиусе 5-10 км вокруг котельной такого количества топливной щепы или иных древесных отходов, которого достаточно для обеспечения бесперебойной работы котельной.

Это лишь подтверждает правило: если источник биомассы находится в непосредственной близости от котельной или электростанции, то выгоднее всего использовать эту биомассу в виде нерафинированного биотоплива без дополнительной подготовки.

Если же источник топлива не находится вблизи котельной, разумнее использовать рафинированное биотопливо — топливные гранулы (пеллеты) или брикеты, которые можно без больших затрат перевозить на большие расстояния. Кроме того, сторонние источники древесных отходов, как правило, ненадежны.

Фактические объемы щепы у сторонних поставщиков зависят от фактических объемов заготовки и переработки леса, а они могут колебаться под воздействием самых разных факторов. А древесные пеллеты — товарная продукция, которую выпускает большое количество предприятий во многих регионах России. И все эти предприятия заинтересованы в поставках продукции на внутренний рынок. Другим чрезвычайно важным фактором, влияющим на эффективность работы автономной котельной на биотопливе, является необходимость ее обеспечения электроэнергией.

https://www.youtube.com/watch?v=vxHaCWwODTE

Здесь возможны два варианта: а) получение электроэнергии от централизованной энергосистемы с затратами на присоединение к ней и на оплату покупной электроэнергии по установленному тарифу Тэ, руб./квт·ч.; б) строительство автономной мини-ТЭЦ, которая бы не только обеспечила в необходимом объеме отпуск тепла потребителю, но и снабжала необходимой электроэнергией как саму мини-ТЭЦ, так и теплоснабжающий район.

Одним из эффективных решений в этом случае является использование электрогенерирующей установки, работающей по технологии, основанной на органическом цикле Ренкина (Organic Rankine Cycle — ORC).

Органический цикл Ренкина отличается от традиционного термодинамического, заложенного в основу работы паровых турбоустановок, тем, что в качестве рабочего тела в тепловом цикле этих турбоустановок вместо воды и водяного пара используются органические вещества, температура кипения и испарения которых ниже, чем температура кипения воды. Такие вещества называются низкокипящими рабочими телами (НРТ); это, например, соединения на основе фреона, углеводороды типа пентана, бутана и т. д.

Таблица 1. Технические характеристики ORC-модулей итальянской фирмы Turboden с теплоносителем Terminol 66 для утилизации тепла термомасляных котлов, работающих на щепе,

пеллетах и другом биотопливе

В отличие от воды, НРТ в силу теплофизических свойств при расширении в турбине не попадают в область влажного пара. Поэтому при использовании НРТ не возникает проблем с эрозией последних ступеней лопаток турбины. Выбор оптимального НРТ для ORC-модуля зависит от исходной температуры источника тепла. Например, при температуре источника тепла 85-120 °С используются, как правило, фреоновые смеси, при температуре 150-200 °С — углеводороды типа пентана, бутана.

1.

В настоящее время существуют ряд фирм, выпускающих ORC-модули: Turboden, Ormat и другие. В табл. 1 в качестве примера представлены технические характеристики ORC-модулей фирмы Turboden для утилизации тепла термомасляных котлов, работающих на щепе, пеллетах и другом биотопливе для выработки тепла и электроэнергии.

На рис. 2 представлена структура эксплуатационных затрат котельной на биотопливе. На рис. 3-5 представлены некоторые показатели себестоимости тепловой и электрической энергии, вырабатываемой на мини-ТЭЦ с ORC.

Утилизация низкопотенциального тепла

ORC-модуль мощностью 200 кВт на металлургическом
заводе
А. Блинов и С. Передерий на китайском заводе-
производителе ORC

Важнейшим направлением развития сферы энергоснабжения коммунального хозяйства и промышленного производства является энергосбережение.

Оно предполагает, во­-первых, внедрение новых технологических процессов, в основу которых заложена меньшая, нежели в применяемых технологиях, энергоемкость.

Во­-вторых, использование низкопотенциальной энергии, которая при современном уровне развития энергетики пока еще мало применяется, что приводит к снижению коэффициента использования теплоты сгорания топлива в устройствах, работающих по технологиям, основанным на применении органического топлива как источника тепловой энергии. Кроме того, неконтролируемый сброс низкопотенциальной энергии вызывает тепловое загрязнение окружающей среды.

Таким образом, использование низкопотенциальной энергии как фактор энергосбережения и улучшения экологической обстановки — важнейшая задача энергетики.

Модуль ORC почти не требует подпитки второго контура, так как единственный возможный путь потерь рабочего тела — через концевые уплотнения турбины. При этом протечки собираются системой улавливания НРТ и направляются обратно в контур. При необходимости (например, при выводе оборудования в ремонт) предусмотрен слив НРТ в жидком состоянии в специальную емкость (бак).

Одним из плюсов применения НРТ в качестве рабочего тела является возможность создания малогабаритной турбины, т. к. объемный расход пара НРТ через последнюю ступень меньше, чем в случае водяного пара (давление во втором контуре около 2,5 МПа).

Невысокие параметры НРТ (давление и температура), низкие окружные скорости лопаток турбины, отсутствие эрозионного износа позволяют использовать простые конструкции и недорогие материалы, что существенно снижает затраты на производство таких модулей.

https://www.youtube.com/watch?v=_dN38EcMgK0

Кроме вышеперечисленных, ORC имеет и другие достоинства.

1. Беспроблемная эксплуатация при низких температурах наружного воздуха.

Точка замерзания НТР в установках с ORC крайне низка, что позволяет без проблем использовать воздушные конденсаторы в зимний период.

2. Меньшие, по сравнению с паровыми турбинами на водяном паре, расходы охлаждающей воды в градирне.

Поскольку теплота парообразования НРТ в разы меньше теплоты парообразования водяного пара, то меньше и расход охлаждающей воды в конденсаторе ORC, а значит, снижаются потери с капельным уносом циркуляционной воды в мокрой градирне, снижаются расходы электроэнергии на насосы системы циркуляции и т. д.

3. Низкие эксплуатационные затраты и минимальное воздействие на окружающую среду.

Использование систем воздушного охлаждения ORC обеспечивает низкие эксплуатационные затраты и исключительно слабое воздействие на окружающую среду. Они работают по замкнутому контуру, не требуют химических присадок и утилизации отходов.

4. Обеспечение продолжительного срока эксплуатации турбины.

В отличие от водяного парового цикла, пар в конце расширения турбины ORC остается сухим во всех предполагаемых рабочих условиях, что предотвращает возможность эрозионного разрушения лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата турбины. Таким образом, ORC может обеспечивать работу при частичной нагрузке и значительные переходные режимы более эффективно, нежели турбины на водяном паре.

5. Низкие затраты на техническое обслуживание.

Установки ORC требуют минимального технического обслуживания, что связано с высокой степенью их доступности и низкими эксплуатационными расходами.

6. Высокий КПД даже на частичных режимах.

7. Бесшумность работы, высокая работоспособность, широкий диапазон регулирования.

8. Высокая маневренность вследствие использования невысоких температур.

В настоящее время большое число фирм в Европе и Северной Америке работают над проблемой утилизации тепла от любых промышленных источников, в том числе газовых турбин и газопоршневых машин, вынужденных работать по простому циклу. Среди них наиболее известны фирмы Ormat Energy (Израиль), Infinity LLC (США), Turboden (Италия), ABB (Швейцария), Siemens (Германия), GE (США) и др.

Установки этих фирм предназначены для утилизации различного вида сбросного тепла от газовых турбин, цементных печей, геотермальных установок, газопоршневых машин, установок по сжиганию биотоплива и т. д. При этом в зависимости от уровня температуры сбросных газов используются разные низкокипящие рабочие тела, такие как: фреоны R­-134а, R­-245f, R­-22, а также пропан, пентан, бутан и др.

Стоимостные показатели

Таблица 2.

Удельная стоимость ORC-модулей фирмы Turboden
(в зависимости от мощности)

Капитальные вложения в ORC зависят от нескольких факторов: установленной электрической мощности; комплектности поставки (наличие градирни, рекуператора, АСУ ТП и т. д.); применяемой технологии утилизации низкопотенциального тепла (цикла), вида НРТ и т. д. Для примера в табл. 2 показана удельная стоимость ORC­-модулей фирмы Turboden в зависимости от мощности.

Сроки окупаемости ORC

Срок окупаемости также определяется рядом факторов: стоимостью отпускаемой электроэнергии; типом и режимами работы мини-ТЭЦ; удельными капиталовложениями в строительство мини-ТЭЦ.

В большинстве реализованных проектов срок окупаемости составлял от трех до восьми лет.

Выводы

При действующих сейчас тарифах на электроэнергию целесообразно обеспечивать теплом, например, автономный поселок за счет мощностей поселковой котельной, причем эффективность работы котельной заметно увеличивается при использовании наиболее дешевого биотоплива — щепы. Себестоимость тепла при использовании щепы в качестве топлива обеспечивает существенное снижение себестоимости этого вида топлива по сравнению с себестоимостью пеллет.

Область применения ORC довольно широка. Например, в системе теплоснабжения городов России эксплуатируется большое количество паровых котлов паропроизводительностью более 10 т/ч с такими параметрами пара: давление — 1,2-1,4 МПа, температура — 200-225°С.

Для снижения параметров пара до значений, необходимых для подогрева сетевой воды, применяют редукционные охладительные установки (РОУ), что приводит к значительным потерям энергии.

https://www.youtube.com/watch?v=3GHPrN69_H8

В осенне­-весенний, а также летний периоды из-за недостатка или отсутствия тепловых нагрузок оборудование котельных работает не на полную мощность или вовсе простаивает. Рациональным решением может стать установка ORC, позволяющая направлять избыток пара в ORC для выработки электроэнергии.

Возможна установка ORC и на водогрейной котельной. В этом случае источником тепла для НРТ будет являться горячая сетевая вода.

В России сегодня ряд компаний предлагают высокотемпературные ORC-модули почти всех вышеназванных европейских и американских производителей. Особо хотелось бы выделить Санкт-Петербургскую электротехническую компанию.

Генеральный директор компании Александр Народицкий говорит: «Мы видим перспективу использования в РФ низкотемпературных (от 85°С) модулей ORC при реконструкции и модернизации коммунальных котельных, а также в целях максимального использования выбросов низкопотенциального тепла, которое в настоящее время в больших количествах сбрасывается в окружающую среду на промышленных предприятиях при производстве тепла и электроэнергии и на других производствах».

s.perederi@eko-pellethandel.de

Источник: https://lesprominform.ru/jarticles.html?id=3774