Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0031

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0031
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон"
Название доклада
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
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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 % (отно-сительных).
Научно-техническая задача состоит в разработке нового типа системы утилизации тепла с использованием воды высокого давления и исследовании типовых модулей энергетического обо-рудования, 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).
Актуальность и новизна исследования
Утилизация крупномасштабных техногенных выбросов в России позволяет при транспортировке природного газа получить два положительных эффекта без затрат дополнительного топлива: электроэнергию (до 40 млрд. кВт*час) и уменьшение выбросов CО2 до 50 млн. тонн в год. Современные тенденции в области добычи и транспорта газа – расширение сети газотранспортных систем и строительство газопроводов в Европу и, в перспективе, в Азию. В этом плане повышение эффективности транспорта газа – исключительно актуальная задача, решение которой позволит увеличить экспортный потенциал РФ и уменьшить выбросы вредных веществ.
Существующие схемы утилизационнных установок в России и за рубежом базируются на котлах- утилизаторах, габариты и масса которых создают большие проблемы размещения их на компрессорных станциях (КС) и площадках промпредприятий. Кроме того, КС расположены, как правило, вдали от источников водоснабжения. В этом плане схема с использованием воздушных конденсаторов имеет очевидные преимущества.
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.
По своему содержанию разрабатываемая технология полностью соответствует списку критических технологий по направлению «Энергетика и энергосбережение».
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 в сочетании с воздухоохлаждаемым конденсатором.
Описание исследования

В составе проекта выполнены следующие работы:

- проведен анализ научно-технической и патентной литературы по теме исследований;

- разработана эскизная конструкторская документация и изготовлены экспериментальные образцы модулей теплоутилизатора, расширителя в системе сепаратора-парогенератора, выхлопного патрубка и контура воды высокого давления;

- разработана эскизная конструкторская документация на стенды для экспериментальных исследований всех вышеперечисленных экспериментальных образцов;

- разработаны программы и методики и проведения исследований экспериментальных образцов модулей теплоутилизатора, расширителя в системе сепаратора-парогенератора, выхлопного патрубка и контура воды высокого давления;

- проведены экспериментальные исследования экспериментальных образцов модулей теплоутилизатора, расширителя в системе сепаратора-парогенератора, выхлопного патрубка и контура воды высокого давления.

На заключительном 5 этапе проведены следующие работы:

-обобщены результаты исследований экспериментальных образцов модулей теплоутилизатора, расширителя в системе сепаратора-парогенератора, выхлопного патрубка и контура воды высокого давления;

-на основании этих обобщений внесены изменения в эскизную конструкторскую документацию экспериментальных образцов;

- результаты экспериментальных исследований сопоставлены с 3Д-моделированием выхлопного патрубка;

- результаты разработок сопоставлены с действующим теплоутилизационным комплексом на КС "Чаплыгин" ООО "Газпром трансгаз Москва";

- полученные результаты исследований заложены в технические характеристики предложенной схемы утилизации тепла (рис. 1),  сопоставлены с зарубежными исследованиями и сведены в технико-экономические показатели в техническом предложении на ТУК мощностью 20 МВт.

Рис.1 - Схема теплоутилизационной установки с контуром воды высокого давления

1 – экспериментальные данные; 2 – теоретический расчёт

Рисунок 2 - Зависимость числа Нуссельта экспериментального образца модуля теплоутилизатора от числа Рейнольдса воздуха

Рис. 3 - Экспериментальный образец модуля выхлопного патрубка на стенде

 

Результаты исследования

Проведенные исследования дали следующие результаты:

- разработаны технические предложения на изготовление теплоутилизатора мощностью 20 МВт, сепаратора-парогенератора производительностью по пару до 60 т/час, усовершенствованного выхлопного тракта в системе турбина-воздушный конденсатор;

- разработан проект технического регламента производства электроэнергии с использованием тепловых выбросов и проект технического задания на проведение ОКР по этой теме исследований для опытных образцов мощностью 5 и 20 МВт;

- разработаны методические рекомендации по оптимизации состава и параметров схемы утилизации тепловых выбросов с использованием воды высокого давления;

- в результате обобщения результатов экспериментальных исследований установлено, что теплообмен в модуле утилизатора в 1,4 раза выше расчетного, а гидравлическое сопротивление вдвое выше расчетного см рис. 2. Это позволяет существенно сократить размеры поверхности теплоутилизатора. Установлено, что работа расширителя в системе сепаратора-парогенератора хорошо описывается квадратичной зависимостью перепада давления от скорости, что определяется метастабильным состоянием воды на участке ускорения потока в конфузоре сопла;

- получено удовлетворительное совпадение расчетных потерь давления по 3D-модели выхлопного патрубка с экспериментом на стенде (рис. 3). 3D-модель позволила выявить участки патрубка, измерение давления на которых дает ошибочные результаты из-за существенной неравномерности потоков воздуха и пара;

- сопоставление результатов разработки с действующим теплоутилизационным энергокомплексом на КС Чаплыгин подтвердило преимущество новых решений: КПД цикла вдвое выше, металлоёмкость существенно меньше;

- разработана методика расчета и конструкции всех узлов установки:

      - сепаратора-парогенератора с расширителем,

      - блока теплоутилизатора,

     - усовершенствованного выхлопного тракта в системе турбина-воздушный конденсатор;

- выполнена компоновка тепломеханического оборудования по разработанной схеме;

- дано описание технологии производства теплоутизационной установки на базе отечественного оборудования;

- проведено маркетинговое исследование и разработано ТЭО применительно к ПАО «Газпром».

Практическая значимость исследования
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.
Большое практическое значение имеют следующие разработки:
– реализация проекта создания высокоэффективной технологии повышает 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 в 4÷5 раз меньше массы традиционного котла-утилизатора для ГТУ данного типа;
– коэффициент теплопередачи воздушного конденсатора будет ~40 Вт/м²К, что на 25% выше существующих аналогов;
– проект технического задания на тему: «Разработка технологии производства электроэнергии с использованием тепловых выбросов на газоперекачивающих станциях с изготовлением опытных образцов мощностью 5МВт и 20МВт».

Внедрение теплоутилизационных электрогенерирующих установок с воздушными конденсаторами на магистральных газопроводах ОАО «Газпром» введено в «Стратегию развития электроэнергетики ОАО «Газпром». Эта работа также актуальна для химической и металлургической промышленности.
В итоге создается принципиально новая технология, диапазон использования которой значительно шире, чем традиционной с котлом-утилизатором благодаря меньшей массе и габаритам и меньшей стоимости.