Реферат: Додаток 2 Когенераційні установки та їх застосування

Додаток 2


Когенераційні установки та їх застосування

Когенераційна установка і схема її роботи.

Когенерація – це одночасне вироблення тепла і електроенергії. Електроенергію можуть виробляти газо-поршневі, газо-дизельні двигуни, газові турбіни, що визначається потужностним рядом споживання. Одночасно вони є джерелом скидного тепла, яке утилізується котлом-утилізатором. По класу енергетичних установок дані когенераційні установки відносяться до класу міні-ТЕЦ. ККД когенераційних установок складає 92-95% за рахунок одночасного виробництва електроенергії та тепла. Паливом для когенераційних установок служить природний газ, а також генераторний газ (біогаз), який може проводитися на базі місцевих енергоресурсів, тобто з відходів деревообробної промисловості, лісгоспів, сільсько-господарського виробництва, а також енергетичних корисних копалин, що є альтернативою природному газу, як джерела енергії.

Безпосередній перелік палива для отримання генераторного газу: дрова, тріска, тирса, лушпиння, пелети, солома, зерно, торф, буре, кам'яне вугілля і т.д.

Пристрій когенераційної установки. Когенераційна установка виконується, як правило, на базі газової турбіни, газо-дизельного або газо-поршневого двигуна і складається з силового агрегату, мікротурбіни або відповідного двигуна, генератора, теплообмінника і системи управління. У газотурбінних установках (ГТУ) основна кількість тепла відбирається із системи вихлопу. У газо-поршневих, газо-дизельних відбір теплової енергії відбувається від масляного радіатора, а також від системи охолодження двигуна. Надмірне тепло може також направлятися в холодильні машини для виробництва холоду, з наступною реалізацією в системах кондиціонування. Подібна технологія має власне визначення – тригенерація.

Типи когенераційних установок.

Когенераційна установка на базі газо-поршневого або газо-дизельного двигуна.

Газо-поршневі і газо-дизельні двигуни можуть працювати на природному газі. При цьому виробництво електроенергії є основним завданням, скидна теплота утилізується котлом утилізатором для потреб опалення та гарячого водопостачання. Потужностний ряд цих установок 250 - 1000 кВт. Ці ж двигуни можуть працювати і на генераторному газі (біогаз). Для цього вони повинні бути оснащені газогенератора, що виробляють цей газ за методом холодного піролізу з подальшою його очищенням від супутніх йому смол.

Когенераційна установка на базі газової турбіни.

Відбір теплової енергії в газотурбінних установках технічно простіше здійснимо, так як вихлопні гази мають більш високу температуру. На 100 кВт електричної потужності споживач отримує від 100 до 200 кВт теплової потужності у вигляді пари і гарячої води для опалення та водопостачання. Потужностний ряд від 100 кВт до 2 МВт.

Таблиця 1.

Порівняльні експлуатаційні характеристики когенераційних установок з газо-поршневими, газо-дизельними, газотурбінними двигунами.

Найменування

Когенераційна установка с газопоршневим двигуном
JMS 320-GS

Когенераційна установка с газо-дізельним двигуном
P 1000

Когенераційна установка с газовою турбіною ГТЭ 0,9

Потужність, кВт

922

800

800

Моторесурс до капітального ремонту, год

60 000

25 000

35 000

Витрати палива, м3/год

191

226

320

Витрати оливи, кг / год

0,3

1,8

0,2

Газогенераторні когенераційні установки на базі газо-поршневих або газо-дизельних двигунів.

Кожна когенераційна установка складається з власне газогенератора безперервної дії з безперервною подачею палива, системи очищення газу перед використанням його в газо-дизельному двигуні, газо-поршневому двигуні або пальнику, і системи контролю і управління. Газогенератор перетворює паливо в генераторний газ. Завантаження палива в газогенератор здійснюється вручну або за допомогою пневматичного або шнекового транспортера в залежності від його потужності.

Когенераційна установка на базі двигуна Стірлінга.

Двигун Стірлінга відноситься до двигунів зовнішнього згорання. Він може використовувати енергію сонця, енергію генераторного газу, що отримується з біопалива. Цей двигун безпосередньо перетворює тепло в механічну енергію. У комплексі з електричним генератором - це вже когенераційна установка.

Характеристика альтернативних джерел енергії для газогенераторних когенераційних установок.

У біопаливі безпосередньо реалізується сонячна енергія, накопичена рослинами в процесі росту. Це природно деревина, торф, а також промислові відходи деревообробної промисловості, лісгоспів, сільськогосподарського виробництва. Рекомендується спалювати паливо з вологістю не більше 15-20%. Складність утилізації дрібнодисперсних рослинних залишків у вигляді тирси, соломи, торфу, насіннєвої лушпиння вирішується на шляху формування з них гранул, званих ще пеллетами.

Генераторний газ (біогаз). Методи газифікації, піролізу рослинної біомаси дозволяють отримувати паливо у вигляді генераторного газу. Як біомаси можуть використовуватися відходи деревообробної промисловості, лісгоспів, сільськогосподарського виробництва. На кількості генераторного газу в значній мірі позначається вологість паливного матеріалу. Так, суха тріска дає 1,5 нм3/кг газу, а волога 1,8 нм3/кг.

Склад генераторного газу, як правило:

- СО 18,1-19,5%;

- CO2 11,8-12,8%;

- CH4 1,4-2,4%;

- H2 16,2-18,5%;

- N2 47,1-51,3%.

У сучасних когенераційних установках по піролізу (газогенераторах) отриманий генераторний газ безпосередньо надходить в газо-поршневий або газо-дизельний двигун, де і спалюється, виробляючи електрику і тепло. Порівняльні характеристики витрат палива Q при отриманні генераторного газу на потужність Р = 500 кВт (350 м3/год) представлені в таблиці 2.


Таблиця 2.

^ Тип палива

Р, кВт

G, м3/год

Витрата палива: Q, кг/год

Тирса

500

350

225

Лушпиння соняшнику

130

Торф'яні брикети

124

Фрезерний торф

186

Буре вугілля

270

Бурый уголь

270


Одержання генераторного газу (біогазу)  для газогенераторних когенераційних установок.

В основу роботи газогенераторної когенераційної установки покладено принцип піролізної сублімації палива, сенс якої полягає в тому, що під дією високої температури та в умовах дефіциту кисню суха рослинна маса виділяє летючу частина – звану генераторним (піролізним) газом. Так, піроліз деревини відбувається при температурі 200 - 800°С.
Піроліз – процес екзотермічний, що проходить з виділенням тепла, за рахунок чого, поліпшується прогрівання і сушка палива в газогенераторі. В результаті протікання процесу піролізу виділяється мінімальна кількість золи, сажі та нагару, тому газогенератор рідше, ніж звичайний, має потребу в чищенні.

Енергоефективність, переваги когенераційної установки.

Робота когенераційної установки характеризується ККД, що дорівнює 92-95%. Переваги когенераційних установок лежать, перш за все, у сфері економіки. Істотна різниця між капітальними витратами на енергопостачання від мереж і енергопостачання від власного джерела полягає в тому, що капітальні витрати, пов'язані з придбанням когенераційної установки, відшкодовуються, а капітальні витрати на підключення до мереж безповоротно втрачаються при передачі новозбудованих підстанцій на баланс енергетичних компаній. Когенераційна установка повинна покривати 50-70% від максимальної щорічної потреби в тепловій енергії, а решта 30-50% доцільно забезпечити водогрійним котлом.

Робота когенераційної установки на генераторному газі також пов'язана з низкою переваг:

низька вартість нетрадиційних видів палива в порівнянні з природним газом;

повсюдність застосування: робота і підбір газогенераторної когенераційної установки визначається місцевої енергетичної ресурсною базою: наявністю відходів деревообробної промисловості, лісгоспів, сільськогосподарського виробництва, корисні копалини (торф, буре, кам'яне вугілля і т.д.). Організація виробництва пелет робить можливим повсюдне застосування подібних установок, що працює на пеллетном паливі.

Робота когенераційних установок на природному газі визначається наявністю підведення до об'єкта природного газу;

екологічність: газогенераторна когенераційна установка на рослинних видах палива не тільки економить фінансові та матеріальні, але і зберігає здоров'я жителям прилеглих територій в порівнянні з спалюванням вугілля і природного газу;

універсальність: газогенераторна когенераційна установка здатна працювати на різних видах твердого палива: вугілля, пелети, дрова, тріска, торф і т.д.;

особливості: вологість спалюваних рослинних залишків може становити 50%. Але для ефективної роботи газогенераторної когенераційної установки вологість даного палива рекомендується 15-20%.

Режими роботи когенераційних установок:

монорежим: когенераційна установка є єдиним джерелом енергії для потреб електропостачання, опалення та ГВП;

бівалентний-паралельний режим: даний режим може бути застосований на об'єкті, де вже існує газова котельня. Загальна потреба в теплі забезпечується когенераційної установкою і водогрійним газовим котлом. Основне джерело тепла - когенераційна установка. Водогрійний газовий є допоміжним джерелом;

бівалентний-альтернативний режим: даний режим може бути застосований на об'єкті, де вже існує газова котельня. У цьому випадку газогенераторна когенераційна установка працює в моно-режимі. При відсутності твердого палива опалення здійснюється на базі газового котла.