IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В современных системах теплоэнергетики развитых государств, все чаще находят применение новые технологии, которые способствуют увеличению их эффективность и избавляют от многих недостатков. Одним из подобных недостатков является - неэффективное использование избыточного давления пара, которое в ходе технологического процесса современных паровых котельных, бесполезно утилизируется в специальных редукционно-охладительных установках (РОУ). Современные технологии способны устранить эту проблему. Так, например, паро-винтовые машины (ПВМ) могут когенерировать неиспользуемый энергетический потенциал поровых котельных с разным давлением и качеством пара в электрическую энергию, тем самым, превратив их в мини-ТЭЦ. ПВМ может полностью обеспечить предприятие электроэнергией, в несколько раз дешевле, по сравнению с действующими тарифам, а также поставлять её на сторону. При этом, без дополнительного сжигания топлива и минимальными затратами на эксплуатацию. Согласно расчётам, ПВМ может вырабатывать электроэнергию, себестоимость которой 35-45 копеек за 1 кВт. К другим достоинствам и преимуществам ПВМ можно отнести:

• высокий КПД – до 70% – и работа в широком диапазоне мощностей;

• нечувствительность к влажности пара и содержанию в нем различных примесей;

• возможность применения в качестве основного или вспомогательного источника энергии;

• увеличенный до 60 тыс. часов моторесурс и возможность возобновления работы после капитального ремонта;

• исключительная надежность и ремонтопригодность;

• высокий уровень безопасности;

• возможность размещения в существующих помещениях котельных, благодаря небольшим размерам и массе;

• простое техническое обслуживание силами штатных сотрудников котельной.[1]

Рисунок 1. Паро-винтовая машина выпускаемая компанией “Газавтоматика”.

ПВМ фактически, представляет собой модифицированный тип парового двигателя, специализирующийся на преобразовании механической энергии, полученной за счёт давления пара, в электрическую. ПВМ разработана в России, и не имеет аналогов в мире.

Основным рабочим элементом паро-винтовой машины является роторный механизм, ведущий вал которого подключён к электрогенератору. Объём пар, генерируемый промышленными котельными, обычно зависит от степени изношенности котлов. Если избыточный пар направить в ПВМ, часть его механической энергии преобразуется в электроэнергию. Для увеличения энергии пара необходимо потратить больше топлива. Пар, использованный в ПВМ, поступает на технологические нужды. Температура этого пара должна соответствовать условиям данного конкретного технологического процесса, например, отопление. [2]

Электрический КПД паро-винтовой машины определяется как:

где – относительный индикаторный КПД;

-механический КПД, для ПВМ ≈ 0,92 ÷ 0,93;

- КПД электрогенератора, ≈ 0,94÷0,95.

Величина относительного индикаторного КПД весьма зависима от окружной скорости винтов. Не менее значительным фактором, воздействующим на , является величина зазоров между роторами. Для существующих ПВМ это значение составляет около 0.1% от диаметра винтового ротора. Важно, что при работе на водяном паре образующийся конденсат затекает в зазоры, уменьшая утечки пара, что благоприятно отражается на .

Конструкция ПВМ состоит из корпуса высокого давления с впускным патрубком, корпус низкого давления с выпускным патрубком, ведущий и ведомый винтовые роторы. На валах установлены торцовые уплотнения, опорные подшипники и упорные подшипники. Ведущий и ведомый роторы имеют соответственно 4 и 6 винтовых зубьев, которые находятся в зацеплении с гарантированным зазором. Роторы связаны между собой при помощи синхронизирующих шестерён. Острый пар через впускное окно поступает к винтовым зубьям роторов и расширяется в полостях, образованных впадинами зубьев роторов, и удаляется из машины через выпускной патрубок.[3]

Рисунок 2. Конструкция ПВМ для мини ТЭЦ.

Интегрированная Автоматизированная система управления технологическим процессом котельной должна обеспечивать автоматическую защиту мини-ТЭЦ при возникновении любой чрезвычайной ситуации. Защита заключается в приостановке поступления пара в ПВМ и моментальном отключении генератора от электросети.[6]

Наличие мини-ТЭЦ в составе котельного оборудования никак не должно оказывать какое-либо отрицательное воздействие на обеспечении паром основного производства и работы котлов. Для этого, на входе пара в ПВМ должен быть установлен автоматический переключатель пара, подключенный к ИАСУТП. В случае чрезвычайной ситуации переключатель пара должен мгновенно прекращать поступление пара в ПВМ и направить его в обвод через редукционно охладительные установки.

Литература

1. Березин С.Р. Технология энергосбережения с использованием паровых винтовых машин// Теплоэнергетика. 2007. № 8.

2. Березин С.Р., Боровков В.М., Ведайко В.И., Богачева А.И. Паровая машина // Современное машиностроение. 2009. № 1.

3. Боровков В.М., Бородина О.А. Паровая винтовая машина для использования в малой энергетике//Новости теплоснабжения. 2006. № 2.

4. Березин С.Р., Боровков В.М., Ведайко В.И., Богачева А.И. Паровая винтовая машина как средство энергосбережения // Новости теплоснабжения. 2009. № 7.

5. Боровков В.М., Зысин Л.В. Основные направления развития мини-ТЭЦ на основе современных парогазовых технологий - Изв. АН. Энергетика. - 2001. - №1. - С.100-105.

6. Белозеров В.В., Назаренко А.А., Белозеров В.В.МОДЕЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ОБЪЕКТА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ // Приоритетные задачи и стратегии развития технических наук : сб.научных трудов по итогам международной научно-практической конференции (Тольятти). 2016. С. 28-31.

Код для цитирования: Скопировать