Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка нового типа экологически чистой технологии производства электроэнергии с использованием тепловых выбросов на газоперекачивающих станциях магистральных газопроводов, химического и металлургического производства с изготовлением, исследованием и испытанием типовых модулей энергетического оборудования.

Докладчик: Мильман Олег Ошеревич

Должность: Президент ЗАО НПВП "Турбокон", профессор, д.т.н.

Цель проекта:
Научно-техническая задача состоит в разработке нового типа системы утилизации тепла с использованием воды высокого давления и исследовании типовых модулей энергетического оборудования, входящих в технологию производства электроэнергии. Разрабатываются и исследуются высокоэффективные элементы схемы: – теплоутилизатор; – расширитель в системе сепаратора-парогенератора; – выхлопной тракт с воздушным конденсатором (ВК); – контур воды высокого давления (ВВД). Цель работы: Разработка, изготовление и исследование типовых модулей энергетического оборудования в обеспечение создания новой экологически чистой технологии производства электроэнергии с использованием тепловых выбросов, обеспечивающей снижение массы и габаритов теплоутилизатора в 4-5 раз и повышение КПД газоперекачивающих установок на 25÷30% (относительных).

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения ПНИ будут получены следующие результаты:
– на базе анализа научно-технической и патентной литературы будет обоснован выбор направления исследований проблем создания теплоутилизационных электроэнергетических установок;
– разработаны оптимальные схема и параметры экологически чистой энергосберегающей технологии нового типа с использованием воды высокого давления и минимальными массогабаритными характеристиками теплоутилизатора;
– созданы и испытаны типовые модули элементов технологии (теплоутилизатора, расширителя в системе сепаратора-парогенератора, выхлопного патрубка, контура воды высокого давления);
– разработаны и экспериментально подтверждены научно-технические основы расчета и проектирования элементов энергоэффективной технологии;
– разработаны рекомендации по реализации технологии производства экологически чистой электроэнрегии на оборудовании с минимальными массогабаритными характеристиками;
– разработан проект технического задания на тему: «Разработка технологии производства электроэнергии с использованием тепловых выбросов на газоперекачивающих станциях с изготовлением опытных образцов мощностью 5МВт и 20МВт»;
– коэффициент теплопередачи воздушного конденсатора будет не ниже 38 Вт/м²К, что на 25% выше существующих аналогов;
– реализация проекта создания высокоэффективной технологии повысит КПД газоперекачивающих агрегатов на 25÷30% (относительных), мощность паротурбинного привода составит не менее 25% от мощности газотурбинной установки (ГТУ) в расчетном режиме;
– масса нового теплоутилизатора будет в 4÷5 раз меньше массы традиционного котла-утилизатора для ГТУ данного типа;
– будет подано две патентные заявки на объекты интеллектуальной собственности;
– будет опубликовано 5 статей в международных изданиях.
Новизна определяется тем фактором, что впервые будет разработана новая система утилизации тепла горячих газов водой высокого давления с последующим вскипанием ее в сепараторе – расширителе и работе паровой турбины на перегретом паре с давлением 0,9-1 МПа в сочетании с воздухоохлаждаемым конденсатором. Будет также рассмотрена схема с парогенератором поверхностного типа. Классические системы утилизации тепла базируются на котлах-утилизаторах, имеющих большую массу и габариты.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Предлагаемые технические решения предназначены для использования на уже существующих и проектируемых газоперекачивающих станциях, а также в металлургических и химических производствах для выработки электроэнергии при существенно меньших, по сравнению с классическими котлами-утилизаторами, капиталовложениях, а также значительном уменьшении вредных выбросов в окружающую среду. Важное преимущество разрабатываемой технологии - существенно меньшие габариты и масса технологического оборудования, возможность его транспортировки и монтажа в полной заводской готовности. Это касается прежде всего компактного теплоутилизатора, который замещает котел-утилизатор со сложной схемой системы управления.
Создается принципиально новая технология, диапазон использования которой значительно шире, чем традиционной с котлом-утилизатором благодаря меньшей массе и габаритам и, следовательно, меньшей стоимости.
Экологически чистое производство электроэнергии вытесняет "грязные" технологии с выбросом в окружающую среду продуктов сгорания топлива, что имеет важный социальный эффект. Кроме того, экономия топлива (природного газа) существенно увеличивает экспортный потенциал России.
Наиболее эффективным будет внедрение результатов работ по проекту в систему ОАО "Газпром", что отражено в «Стратегии развития электроэнергетики ОАО «Газпром». Оно также актуально для химической и металлургической промышленности. Только в ОАО «Газпром» с внедрением проекта может быть создано 5 млн. кВт дополнительных электрогенерирующих мощностей, обеспечив при этом загрузку отечественных энергомашиностроительных заводов на перспективу, привлечь в отрасль около 200 млрд. руб., сэкономить около 11 млн. тонн условного топлива в год, увеличить экспортный потенциал ОАО "Газпром".

Текущие результаты проекта:
На 1 этапе ПНИ выполнены следующие работы:
– проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, изучено 48 источников за период 2009 – 2013 гг.;
– выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96;
– проведен выбор и обоснование направления исследований, принципиальных научно-технических решений по созданию модулей, входящих в технологию производства электроэнергии с использованием тепловых выбросов на газоперекачивающих станциях, химических и металлургических производствах;
– выполнены оценка и сопоставление принципиальных схем и параметров теплоутилизационной установки с сепаратором-парогенератором и воздушным конденсатором (ВК);
– обоснован выбор оптимальных вариантов схемы и оборудования для разработки технологии производства электроэнергии с использованием тепловых выбросов на газоперекачивающих станциях, химических и металлургических производствах;
– проведен анализ и расчет процессов сепарации и вскипания жидкости в расширителе в системе сепаратора-парогенератора;
– выполнен расчет процессов течения и теплообмена в контуре воды высокого давления;
– выполнен расчет течения газа в межтрубном пространстве теплоутилизатора;
– рассчитаны процессы течения смеси конденсата и пара в воздушном конденсаторе;
– разработана оптимальная компоновка теплоутилизационного комплекса;
– проведено математическое 3D моделирование тепловых и массообменных процессов в расширителе в системе сепаратора-парогенератора;
– обследованы и испытаны геотермальные энергоустановки с сепараторами-парогенераторами и воздушными конденсаторами Верхне-Мутновской ГеоЭС, и определены фактические характеристики оборудования и выработаны рекомендации по улучшению характеристик разрабатываемых модулей энергетического оборудования;
– обследована и испытана теплоутилизационная установка на КС «Чаплыгин» и проведен сравнительный анализ фактических характеристик с расчетными;
– проработаны возможные варианты исполнения теплоутилизатора, расширителя в системе сепаратора-парогенератора, выхлопного патрубка и контура воды высокого давления;
– разработаны частные ТЗ на создание стендов для исследований экспериментальных образцов модулей расширителя в системе сепаратора-парогенератора, выхлопного патрубка, контура воды высокого давления;
– разработаны частные ТЗ на технологическое усовершенствование стендов для исследований выхлопного тракта с ВК и экспериментального образца модуля теплоутилизатора;
– выполнено обобщение опыта эксплуатации оборудования на электростанциях и утилизационных установках (Верхне-Мутновской ГеоЭС, КС «Чаплыгин» и др.) с целью учета особенностей их работы при расчетах и проектировании аналогичных установок.
По результатам исследований опубликована статья Леонтьев А.И., академик РАН, Мильман О.О., д.т.н., профессор «Гидравлическое сопротивление при течении конденсирующегося пара в трубах» в международном журнале «Теплофизика и аэромеханика», №6 (том 21, стр.795-798), 2014 год.
На этом этапе проводились подготовительные мероприятия с уникальной научной установкой – опытно-натурным образцам секции ВКУ для использования его в последующих исследованиях.