Пособие в области охраны окружающей среды и природопользования (стр. 92 )

Рисунок 7.18 - Сравнение энергетической эффективности между традиционным газотурбинным генератором и комбинированным генерированием тепла и электрической энергии

На примере пивоваренного завода система комбинированного генерирования тепла и электрической энергии производит электрическую энергию, используя газотурбинный генератор 4000 кВтe. Пар высокого давления при 1,5 МПа производится из выхлопного газа из турбины с использованием утиль-котла 11 т/ч. Такой пар соединяется в паром высокого давления их существующих котлов и проходит в холодильную машину мощностью 734 кВтth, приводимую в действие турбиной с отработавшим паром. Выпускной пар из турбины с противодавлением, при понижении давления до 0,6 МПа, используется в качестве источника тепла, приводящего в действие аммиачную абсорбционную холодильную машину мощностью 1,93 кВтth, которая поставляет вторичный хладагент, например, рассол, используемый для охлаждения пива. Таким образом, каскадный эффект использования энергии пара сокращает потребность пивоваренного завода в электричестве в общей сложности на 820 кВт, 220 кВт на двигатель, приводимым в движение паровой турбиной, и 600 кВт на аммиачной адсорбционной холодильной установке. Если процесс протекает партиями, потребность в паре не является постоянной. В таком случае, если для производства энергии для охлаждения использовалась только холодильная установка, приводимая в движение паровой турбиной, ее полезность в значительной мере зависит от непостоянной потребности в паре. По имеющейся информации такую систему можно использовать на предприятиях по производству мороженого, поскольку они также потребляют значительно количество электроэнергии и энергии для охлаждения. На рисунке 7.19 показана технологическая схема такой системы комбинированного генерирования тепла и электрической энергии на пивоваренном заводе.

Рисунок 7.19 - Технологическая схема системы комбинированного генерирования тепла и электрической энергии на пивоваренном заводе

Описанная ранее система комбинированного генерирования тепла и электрической энергии уменьшает потребление энергии, например, электричества и топлива на 14 %, а потребность в электроэнергии на 40 % при пивоварении. Газовая турбина характеризуется номинальной выходной мощностью в 4200 кВт при температуре 0 ºC и сгоранием природного газа со слабым выделением CO2 в системе сжигания бедной топливной смеси с низким содержанием NOx. Сжигание бедной топливной смеси улучшает эффективность турбины на 2 – 4 % и уменьшает выбросы NOx до уровня менее 50 мд, что составляет половину такого значения выбросов при традиционной системе, когда для уменьшения выбросов NOx используется закачка воды или вдувание пара. Система уменьшила выбросы NOx при пивоварении на 14,8 % по сравнению с традиционной системой, а выбросы CO2 уменьшились на 7,9 %.

Также имеется информация, что газовые двигатели, использующие чистое топливо и характеризующиеся высокой тепловой эффективностью, подходят для маломасштабного оборудования комбинированного генерирования тепла и электрической энергии, т. е. 1000 кВт или меньше. Например, на пивоваренном заводе установили газовый двигатель мощностью 596 кВт с системой охлаждения, которая использует кипящую воду для извлечения пара. комбинированного генерирования тепла и электрической энергии была установлена на виброустойчивом фундаменте вместе с генератором мощностью 560 кВт в сочетании с паровым и водяным коллектором, который извлекает 1 кг/см2 пара низкого давления непосредственно из воды для охлаждения двигателя. Отводящий газ от двигателя используется для производства 8 кг/см2 пара среднего давления посредством утилизационного котла и для предварительного нагрева подогревателем подаваемой в бойлер воды. Комбинированное генерирование тепла и электрической энергии оборудовано трехходовым каталитическим нейтрализатором для удаления NOx, глушителем шума и другими необходимыми системами контроля, и за его работой можно наблюдать из центрального пункта управления. Подтвержденные экологические преимущества включают образование энергии 541 кВт, низкий уровень выбросов NOx и низкий уровень шума. Эффективность производства энергии, эффективность извлечения тепла и общая эффективность комбинированного генерирования тепла и электрической энергии за 18000 рабочих часов составляет 31,3, 45,6 и 76,9 % соответственно. Произведенное комбинированное генерирование тепла и электрической энергии электричество восполнило 25 % закупаемой у поставщика электроэнергии, а пар также возместил 6 – 10 % оперативной потребности пивоваренного завода. Период окупаемости составляет в пределах 4 лет.

Применимость

Широко применимо. Применимость комбинированного генерирования тепла и электрической энергии в значительной мере зависит от нескольких технических аспектов. Хотя комбинированное генерирование тепла и электрической энергии – это надежный и продуманный в техническом плане метод, крайне важно принимать правильные решения в отношении конструкции. Основными факторами, которые необходимо учесть, являются модель потребления электроэнергии и тепла на предприятии и соотношение между потреблением электроэнергии и тепла. К дополнительным важным факторам относится то, работает ли предприятие непрерывно и имеются ли значительные отклонения в технологическом процессе. Простое практическое правило определения заключается в том, что на площадке должна быть одновременная потребность в тепле и электроэнергии, по крайней мере, на протяжении 4000 часов в год.

Экономические показатели

Решение о том, внедрять ли комбинированное генерирование тепла и электрической энергии, основанное на исследовании экономических аспектов, должно учитывать стоимость газа и электроэнергии. Соотношение относительно дорогого газа или другого топлива и дешевой электроэнергии ограничивает выбор комбинированного генерирования тепла и электрической энергии. Например, если цены на электроэнергию будут падать или цены на газ расти, финансовая прибыль от комбинированного генерирования тепла и электрической энергии будет снижаться. Такая ситуация возможна на свободном рынке энергоресурсов. Один из вариантов, который иногда применяется, заключается в проектировании установки комбинированного генерирования тепла и электрической энергии на основе потребления тепла, при котором избыточное количество электроэнергии продается в электрическую сеть общего пользования. Будет ли этот вариант привлекательным, во многом зависит от суммы, получаемой за продаваемое избыточное количество электроэнергии.

Что касается финансирования установки комбинированного генерирования тепла и электрической энергии, существует тенденция, что компании сами ее не финансируют. Иногда создаются совместные предприятия с поставщиками энергии, а иногда установка комбинированного генерирования тепла и электрической энергии полностью финансируется третьими лицами. Контракт на поставку электроэнергии и тепла установкой CHP, как правило, заключается на 10-15 лет.

Комбинированное генерирования тепла и электрической энергии в настоящее время может снизить общие счета предприятия за электроэнергию на 20 %. Например, для пивоваренного завода экономия на затратах на электроэнергию составила 16,2 %.

Примеры предприятий

Применимо на предприятиях по производству сахара, молочных, пивоваренных и спиртоводочных предприятиях.

Справочная литература

[9, Молочная ассоциация Германии), 1999 г., 39, Молочная ассоциация Германии, 2001 г., 61, Европейский комитет производителей сахара (CEFS), 2001 г., 69, Агентство по охране окружающей среды Англии и Уэльса, 2001 г., 90, ЕК, 2002 г., 92, CADDET Энергетическая эффективность, 2000 г.]

7.2.13.2 Эффективность теплового генератора

Эффективность определяется как соотношение выделения и потребления энергии при технологическом процессе. Эффективность теплового генератора можно описать как соотношение энергии, поглощаемой жидкостью, которая перемещает тепло, и поступающей энергии топлива, рассчитанной по низшей теплотворной способности. Типичный метод расчета эффективности теплового генератора – это так называемы «косвенный метод». Этот метод основывается на традиционной оценке потерь посредством ощутимого испаряющегося тепла, неплотного сгорания и рассеивания тепла через стенки теплового генератора.

Для оценки потерь из вытяжной трубы и потерь в результате неполного сгорания, как правило, необходимо измерить два из следующих параметров, т. е. O2, CO2 и CO, и использовать их для расчета процентного соотношения потерь посредством треугольника горения Оствальда.

Потери из-за рассеивания через стенки теплового генератора обычно являются постоянными с изменениями нагрузки, и их можно оценить посредством диаграммы, предоставленной производителями бойлеров.

К средствам контроля, которые используются для отслеживания эффективности, относятся:

- анализ выпаров и O2;

- использование топлива и воздуха для горения;

- давление, температура и производительность теплоносителя в нагревательной установке, например, диатермического масла, и жидкого носителя тепла к пользователям, например, пара или перегретой воды.

7.2.13.2.1 Улучшение эффективности теплового генератора

Описание

Косвенный метод измерения эффективности теплового генератора выявил оптимальные значения для анализа паров с нагревательной установки с диаметрическим маслом, работающей на метане, установленной на предприятии по производству макарон, которое производит более 300 т/день. Эти значения приведены в таблице 7.21.

Таблица 7.21 - Оптимальные значения для анализа паров на предприятии по производству макарон

O2 (процентное соотношение по объему в сухих парах)	3 %
CO	<70 мг/м3 в нормальных условиях
Газообразные NOx	<250 мг/м3 в нормальных условиях

Эффективность теплового генератора можно улучшить посредством уменьшения потерь или увеличения эффективности теплопередачи посредством теплоносителя. Чтобы уменьшить потери через пары, можно понизить температуру паров в вытяжной трубе, тем самым уменьшая потери в виде ощутимого тепла. Кроме того, избыток воздуха можно регулировать для соответствия нуждам, основываясь на потоке поступающего топлива, для уменьшения потерь в результате неполного сгорания.