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.

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
электроэнергия, энергосбережение, перекачка природного газа, теплоутилизатор, расширитель, воздушный конденсатор, типовой модуль

Цель проекта:
Научно-техническая задача состоит в разработке нового типа системы утилизации тепла на предприятиях газпрома, химического и металлургического производств 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). Целью работы является 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 процессе выполнения работ будут получены следующие результаты:
– разработаны оптимальные схема и параметры экологически чистой энергосберегающей технологии нового типа с использованием воды высокого давления и минимальными массогабаритными характеристиками;
– 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 электроэнергии 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.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
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.
В предлагаемой схеме котел-утилизатор заменен компактным теплообменником над выхлопным патрубком газовой турбины или в газовом тракте металлургической печи, что принципиально упрощает компоновку, уменьшает ее стоимость и сроки изготовления. Мощность паротурбинной установки в новой схеме на 5÷10% меньше, чем с котлом-утилизатором, но габариты, масса и цена значительно ниже.
Использование воды высокого давления (в частности в закритической зоне) с термодинамической точки зрения сочетает достоинства циклов на низкокипящих теплоносителях с возможностью использовать потенциал высокотемпературных выбросов.
Такая технология имеет следующие преимущества:
– габариты и масса теплоутилизатора в 4÷5 раз меньше, чем традиционного котла-утилизатора;
– в трубках теплообменника течет вода, что существенно упрощает требование к ее солевому составу по сравнению с котлом;
– в схеме установки отсутствуют насосы многократной принудительной циркуляции;
– существенно упрощается система управления, в частности, исключаются контрольно-измерительные приборы (КИП) и автоматика котла-утилизатора и деаэратора;
– воздушно-конденсационные установки позволят замкнуть термодинамический цикл установки без привлечения внешних источников водоснабжения;
– существенно упрощается процесс монтажа и эксплуатации оборудования.
Предложенная система утилизации тепла защищена патентом на изобретение, она не имеет аналогов.
В итоге будет разработано оборудование, которое можно адаптировать к источнику горячих газов в ограниченных габаритах реальных производственных площадок и производить экологически чистую электроэнергию.
По своему характеру предложение относится к разработке и научному обоснованию предложений по применению новых методов и технологий. Имеется возможность подачи 2 заявок на объекты интеллектуальной собственности.

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 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 системой управления.
Создается принципиально новая технология, обеспечивающая общий КПД до 42%, диапазон использования которой значительно шире, чем традиционной с котлом-утилизатором. Экологически чистое производство электроэнергии вытесняет "грязные" технологии с выбросом в окружающую среду продуктов сгорания топлива, что имеет важный социальный эффект, а экономия топлива 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".
По окончании настоящего проекта Индустриальный партнер намерен организовать выпуск разработанной инновационной продукции. Предприятие имеет возможность выпускать ежегодно продукции до 2 млрд.руб.

Текущие результаты проекта:
Выполнены следующие работы.
Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, изучено 37 источников за период 2009 – 2013 гг.
Выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Проведены 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.
На основе разработанной эскизной конструкторской документации созданы экспериментальные образцы модулей теплоутилизатора; расширителя в системе сепаратора-парогенератора; выхлопного патрубка; контура воды высокого давления, а также стенды для их исследований.
Разработаны, изготовлены и налажены системы регистрации параметров на стенды для исследований перечисленных выше экспериментальных образцов модулей.
Выполнена поверка контрольно-измерительных приборов и оборудования, ревизия стендового оборудования.
Разработана модель для математического 3D-моделирования тепловых и массообменных процессов в элементах теплоутилизационной установки.
Проведен анализ теплогидравлических процессов в элементах установки на основе математического 3D-моделирования с оптимизацией их конструкции.
Разработаны программы и методики исследований экспериментальных образцов модулей теплоутилизатора; выхлопного патрубка; контура воды высокого давления.
Проведены дополнительные патентные исследования, на основании которых подана заявка на изобретение «Воздушно-конденсационная установка».
По результатам исследований опубликованы статьи:
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), 2014 год;
Мильман О.О. д.т.н., профессор, Федоров В.А., д.т.н., профессор, Кондратьев А.В., аспирант, Птахин А.В., «Особенности конденсации пара внутри труб и каналов» в международном журнале «Теплоэнергетика» №4 2015г.
Проведенные прикладные исследования базируются на новаторских разработках, защищенных патентами на объекты интеллектуальной собственности.
Экспериментальные образцы модуля расширителя в системе сепаратора-парогенератора и контура воды высокого давления не имеют аналогов и разработаны впервые. Методика газодинамического расчета модуля расширителя в системе сепаратора-парогенератора и 3D-моделирования процесса также не имеют аналогов и разработаны впервые.