XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Применение в энергетике возобновляемых источников энергии приобретает все больший интерес [1,2]. В Мурманской области преобладают котельные на мазуте или угле [3,4]. Большая часть из них имеет низкий КПД, некоторым требуется капитальный ремонт. Доля мазута в топливном балансе области составляет более 80%. Дорогостоящий мазут формирует высокие тарифы на тепло [5]. От мазута отказались соседние страны. Решить проблемы и отказаться от мазута, позволяет реконструкция котельных и использование торфа.

Преимущества котельных на торфе по сравнению с другими видами топлива.

1.Торф может быть резервным топливом для газовой котельной. В настоящее время 90% всех теплогенераторов являются газовыми. Прорыв газовой трубы способен нанести значительный ущерб как жилым микрорайонам, так и производственным объектам. Именно поэтому оптимальный вариант — использовать резервные котельные на торфе. Топливо распространено, доступно, дёшево. Его можно хранить в больших количествах и использовать при авариях.

2.Торф дешевле и эффективнее каменного угля. Уголь неоднороден, когда дело касается энергоёмкости, тогда как торфяные брикеты — равномерны. Кроме того, с учётом транспортных расходов, торф обходится дешевле угля.

3. Котельная на торфе экологичнее угля и мазута (табл. 1). И в угле, и в мазуте есть процент серы. Сгорая, она преобразуется в двуокись азота, затем вступает в реакцию c влагой и превращается в сернистую кислоту — тот самый «кислотный дождь». В торфе серы практически нет.

Таблица 1. Показатели работы котельных на различных видах топлива

Показатели	Торфяное топливо	Уголь	Мазут	Газ
Калорийность, ккал/кг	4100-5000	4000-5800	9600	7600
Выбросы SO2	0,2	11,9	4,69	0
Выбросы NOX	0,45	0,57	0,27	0,38
Выбросы CO2	1,54	2,33	1,3	1,45
Зольность	4-8 %	15-50 %	до 0,15 %	-

Также в качестве топлива можно использовать возобновляемые источник энергии: низкосортная древесина, отходы лесозаготовки и лесопереработки (обрезки кругляка, щепу, опилки, кору). На деревообрабатывающих предприятиях накапливаются древесные отходы, которые бесполезно используются и занимают большую часть территории [6].

В муниципальных образованиях необходимо осуществлять переход на торфоэнергетику с внедрением паровой винтовой машины. Эффективность ожидается тогда, когда выстроена полная цепочка: собственное месторождение, предприятие по переработке.

Установка паровой винтовой машины на новые котельные или существующие. В Умбе завершилось строительство новых биотопливных котельных (табл. 2). Существует несколько вариантов модернизации теплоснабжения в Умбе.

Рассмотрим источник тепловой энергии № 3, так как располагаемая тепловая мощность высокая. Котельная оснащена котлами для сжигания твёрдого топлива (фрезерный торф, щепа, брикеты, пеллеты, уголь). Преимуществами являются экономичность, удобство и высокий коэффициент полезного действия. Тепловая мощность установок в пределах от 0,1 до 20 МВт. Котельная является производителем пара. Технология внедрения паровой винтовой машины заключается в использовании энергии пара для выработки электроэнергии. В итоге будет покрыто часть собственных нужд и уменьшено потребление электроэнергии из сети, позволяет перейти на комбинированную технологию производства энергии. Основным предназначением является выработка электрической и тепловой энергии из различных видов топлива.

Таблица 2. Балансы тепловой мощности и тепловой нагрузки

Источник тепловой энергии	Распола-гаемая мощность, Гкал/ч	Потери на собственные нужды, Гкал/ч	Тепловая мощность нетто, Гкал/ч	Перспективная подключенная нагрузка, Гкал/ч	Потери в тепловых сетях, Гкал/ч	Перспективная подключенная нагрузка с учетом потерь, Гкал/ч	Резерв (+)/ Дефицит (-), Гкал/ч
Котельная №1	2,58	0,103	2,477	1,165	0,361	1,526	0,951
Котельная №2	4,30	0,172	4,128	2,153	1,161	3,314	0,814
Котельная №3	15,48	0,557	14,923	11,835	2,151	13,986	0,937
ИИТ	0,172	-	0,172	0,081	-	0,081	0,091

На коммунальных котельных паровые котлы разных типов производят пар с давлением от 12 до 40 атм., который затем редуцируется до рабочего давления в 1,0-7 атм., поэтому наиболее простым и эффективным решением преобразования котельных является установка на них паровых турбин малой мощности с соответствующим противодавлением.

Наиболее ощутимый экономический эффект от внедрения паровинтовых машин на существуюших промышленно-отопительных котельных достигается при установленной паропроизводительности котлов от 10 т/ч. При более низких параметрах пара срок окупаемости оборудования увеличивается.

Одиночные котлоагрегаты на котельных, способны выработать необходимое количество пара. На минимально разрешённых рабочих значениях пара турбина может выработать до 300 кВт. С повышением паропроизводительности и установленной мощности паровинтовой машины наблюдается рост экономического эффекта.

Выбор тепловой схемы и состава оборудования для создания мини-ТЭЦ определяется режимом теплопотребления котельной и его технико-экономическими показателями: графиком нагрузок, характеристиками оборудования, уровнем предполагаемых капитальных вложений.

При сооружении комбинированного источника электро- и теплоснабжения, использующего частично возобновляемое органическое топливо. Критерием оценки эффективности строительства мини-ТЭЦ не ограничивается только показателями финансовой эффективности [7]. Также присутствуют аспекты энергосбережения и экологии, которое важны обществу. Использование на ТЭЦ специального золоулавливающего оборудования позволяет в 20 раз снизить концентрацию древесной золы в дымовых газах.

Устройство и принцип действия паровинтовой машины.Паровинтовая машина является машиной объемного типа действия (рис.1). В корпусе вращаются рабочие органы - винты роторов. Роторы выполнены из стали, на них нарезаны винты асимметричного профиля. Синхронизирующие шестерни, установленные на роторах, исключают возможность касания профилей винтов друг с другом. Выходной вал ведущего ротора соединен с электрогенератором. Пар высокого давления из котла поступает в ПВМ через впускное окно в корпусе с одного торца роторов. После заполнения паром канавки между зубьями происходит отсечка пара, и при дальнейшем вращении роторов в канавке (парной полости) происходит объемное расширение порции пара. В конце расширения канавка сообщается с выпускными окнами в корпусе на другом торце роторов. Отработанный пар поступает в тепловую сеть для нужд технологии или для отопления.

Рис. 1 . Устройство ПВМ

Решение проблемы надежного энергоснабжения возможно за счет повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов [8] и внедрения наилучших доступных технологий по энергосбережению [9] с выполнением расчетов экономической эффективности инвестиций при внедрении энергосберегающих мероприятий.

Выводы

Во-первых, для муниципального образования внедрение паровинтовых турбин позволит сократить себестоимость теплоэнергии и электроэнергии, получение прибыли. Во-вторых, для биокотельной сократить расходы на приобретение сетевой электроэнергии, обеспечить собственные нужды и снизить себестоимость произведенной тепловой энергии. Отпадает необходимость финансовых затрат на выполнение технических условий на подключение к сетям централизованного электроснабжения; позволяет избежать затрат на строительство дорогостоящих и опасных высоковольтных линий электропередач (ЛЭП); бесперебойное снабжение электроэнергией потребителя.

Список литературы

1. Коновалова О.Е., Кузнецов Н.М. Возобновляемые источники энергии в Мурманской области // Промышленная энергетика. – 2018. – № 9. – С. 51-56.

2. Кузнецов Н.М., Коновалова О.Е. Альтернативная энергетика на арктических территориях Российской Федерации // Промышленная энергетика. – № 10. – 2019. – С. 40-46.

3. Разработка комплексного инвестиционного проекта модернизации системы теплоснабжения Мурманской области. Р3Т2. Маркетинговое исследование поставок энергетического сырья в системе теплоснабжения Мурманской области / ФБГУ «РЭА» Минэнерго России. Москва. 2015. 142 с.

4. Кузнецов Н.М. Энергоэффективность региональной программы энергосбережения в Мурманской области // Промышленная энергетика. 2017. № 8. С. 7-12.

5. Кузнецов Н.М. Управление энергоэффективностью в Мурманской области // Энергосбережение и водоподготовка. – 2017. – № 2 (106). – С. 33-37.

6. Кузнецов Н.М. Древесные отходы – дополнительный источник энергии на Северо-Западе России // Горный журнал. – 2004. – № S. – С. 119-120.

7. Мини-ТЭЦ «Белый Ручей» http://www.combienergy.ru/stat/1042-Mini-TEC-Belyy-ruchey (дата обращения 05.02.20)

8. Кузнецов Н.М., Клюкин А.М., Трибуналов С.Н. Управление энергоэффективностью и энергосбережением // Вестник Кольского научного центра РАН. – 2016. – № 2 (25). – С. 97-102.

9. Кузнецов Н.М., Победоносцева В.В. Эффективность внедрения наилучших доступных энергосберегающих технологий в Мурманской области // Фундаментальные исследования. – 2017. –№ 6. – С. 143-148.

DOI: 10.17513/fr.41564http://www.fundamental-research.ru/article/view?id=41564

Код для цитирования: Скопировать