Паромашинные мини-ТЭЦ на базе котельных предприятий ЛПК
В промышленной энергетике фактор надежности техники является одним из главных. Это касается и лесопромышленных предприятий с современным технологическим оборудованием. Но на многих таких предприятиях в России для выработки технологического пара и тепла по-прежнему используют котельные, давно устаревшие морально и физически. Какими же должны быть котельные в лесной промышленности XXI века? Конечно, высоконадежными, эффективными, оснащенными паровыми машинами, работающими в режиме мини-теплоэлектроцентрали (мини-ТЭЦ).
Рис. 1. Электротепловая схема включения
паромашинного электроагрегата в состав котельной
лесопромышленного предприятия.
ССАУ – сигналы от системы автоматизированного
управления; ПМ – паровая машина; Г – генератор;
ПВТ – пароводяной теплообменник; БВУЗ – блок
возбуждения, управления и защиты; БСУ – блок
системы управления возбуждением генератора;
БЗА – блок защитной автоматики;
РУГН – распределительное устройство генераторного
напряжения; пунктирной линией от Г к РУГН условно
показаны электрические связи с другими
электрогенераторами в варианте многодвигательного
электроагрегата
В лесной промышленности широко практикуется использование энергии водяного пара, например, для сушки древесины. В промышленно-отопительных котельных пар применяется еще и для нагрева воды, необходимой для отопления и горячего водоснабжения потребителей. Правда, вместо паровых все чаще устанавливаются более простые водогрейные котлы, в которых вода нагревается прямо, без использования пара. Но остается одна проблема: для обеспечения работы насосов и тягодутьевого оборудования любой котельной нужна электроэнергия. Автоматика котельных агрегатов тоже не будет функционировать без электричества, и в случае возникновения перебоев в электроснабжении могут нарушиться производственные процессы предприятия, а потребители останутся без теплоснабжения.
Решить вопрос надежного электроснабжения котельных в наши дни можно не только традиционными путями (например, с помощью резервных дизель-генераторов) - инновационные технологии малой энергетики позволяют превратить любую паровую котельную в высокоэффективную паромашинную мини-ТЭЦ. Можно даже надстроить водогрейную котельную паромашинным энергоблоком для выработки попутной дешевой электроэнергии.
Абсолютное давление пара в котлах, разрешенное органами Ростехнадзора, обычно не превышает 0,7-1,2 МПа, а в бойлеры котельных (для нагрева воды) или к промышленным потребителям поступает пар с более низкими абсолютным давлением - 0,12-0,60 МПа. Поэтому электроагрегат с современной паровой поршневой машиной включается в котельной за паровым котлом, параллельно штатному редукционно-охладительному устройству или взамен последнего на линии дросселирования пара, как показано на электротепловой схеме (рис. 1). Идея проста: пар от котла не бесполезно дросселируется, а пропускается через машину, которая приводит в работу генератор электрической энергии. Отработавший пар пониженного давления поступает в бойлер, где нагревает воду, идущую на отопление, производственные или хозяйственно-бытовые нужды. Вырабатываемая электроэнергия может использоваться для питания систем противоаварийной автоматики и вспомогательного оборудования котельной. Для того чтобы удовлетворить эти нужды, паровой машине вполне достаточно работать с КПД всего 5-10 %. Таким образом, котельная становится независимым от централизованных электросетей, выгодным в техническом и экономическом плане источником тепловой и электрической энергии с общим КПД 80-90%.
Опыт таких стран, как Германия, Италия и Чехия, показывает, что котельные установки целесообразно надстраивать электрогенераторными агрегатами с современными паровыми и поршневыми машинами. Последние представляют собой так называемые «паровые моторы» - паровые поршневые двигатели, которые по конструкции и компоновке похожи на дизели, вот только работают не на жидком топливе, а на пару. Они унаследовали от классических паровых машин такие традиционные для паровозной техники качества, как неприхотливость в эксплуатации и высокая надежность. Наглядное подтверждение феноменальной долговечности паровых машин - единственный действующий в России колесный пароход «Николай Гоголь», изготовленный в 1911 году и уже более 100 лет (!) плавающий по водным просторам нашего Отечества.
Комбинированное производство тепловой и электрической энергии в мини-ТЭЦ на базе котельных способствует автономизации их работы от внешних централизованных электрических сетей Единой энергосистемы России. Модные сегодня водогрейные котельные пар не вырабатывают, следовательно, такую незамысловатую, но полезную технологию с их помощью не реализуешь. Вот и приходится предприятиям использовать упомянутые выше резервные дизель-генераторы. А это создает дополнительные проблемы: надо следить за соблюдением экологических норм, постоянно поддерживать эти дизели в высокой степени готовности, иначе в случае обесточивания водогрейной котельной на запуск такого энергоисточника потребуется определенное время.
Мини-ТЭЦ на базе паровых котельных в России обычно оснащают не паровыми машинами, как в Европе, а паровыми турбинами небольшой мощности - от сотен киловатт до единиц мегаватт. Конечно, турбины компактнее паровых машин, но речь-то идет о наземных установках, габариты и масса которых не играют такой роли, как в авиационных или космических системах. Экономичность работы энергоисточника намного важнее его размеров, тем более что лучшие - звездообразные - образцы паровых поршневых двигателей уже сопоставимы по габаритам с турбинами при одинаковой мощности. К тому же паровые машины расходуют на выработку единицы полезной мощности почти в полтора раза меньше пара, нежели паровые турбины.
Среди компаний, которые разрабатывают или уже производят паровые машины XXI столетия, широко известная германская фирма Spilling Energie Systeme GmbH с ее паровыми моторами, чешская компания PolyComp a.s. (моторы PM-VS) и шведская компания Energiprojekt AB, выпускающая высокотемпературные звездообразные паровые поршневые машины, КПД которых, по информации разработчиков, может достигать 30-35%, то есть почти на уровне КПД мощных паротурбинных тепловых электростанций. У нас в стране созданием техники такого класса занимаются сотрудники объединенной научной группы «Промтеплоэнергетика» Московского авиационного института, Московского энергетического института, Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии, Московского института энергобезопасности и энергосбережения и колледжа космического машиностроения и технологии (г. Королев). Разработки ведутся под руководством Владимира Дубинина, который с гордостью носит звание «Изобретатель СССР». Его детища - паропоршневые двигатели - обещают быть более дешевыми и простыми, чем заграничные. Специалисты «Промтеплоэнергетики» знают, как путем некоторых доработок превратить любой дизельный или бензиновый двигатель в паропоршневой. Принципиально возможно даже наладить производство паропоршневых двигателей на отечественных моторостроительных заводах.
Иван ТРОХИН,
инженер ВИЭСХ Россельхозакадемии
