Использование когенерационных энергоустановок в проектах реконструкции муниципальных систем теплоснабжения (г. Тимашевск, г.Анапа)

5.2. Использование когенерационных энергоустановок в проектах реконструкции муниципальных систем теплоснабжения (г. Тимашевск, г.Анапа) 5.2.1. Пример реконструкции МГК г. Тимашевск в мини-ТЭЦ с использованием когенерационных энергоустановок Рассмотрим пример реконструкции МГК, расположенной по адресу г. Тимашевск, пос. Индустриальный. Данные по оборудованию и системе теплоснабжения потребителей следующие: 1. Топливо: природный газ. 2. Тип котлов и их количество: ТВГ-4 ─ 3 шт. 3. КПД водогрейных котлов ТВГ-4: η к = 0 ,855 4. Установленная тепловая мощность: 12,9 Гкал/ч 5. Подключенная тепловая мощность: 11,9 Гкал/ч 6. Собственные нужды котельной (установленная электрическая мощность): 450 кВт. 7. Система теплоснабжения потребителей ─ открытая, двухтрубная. При двухтрубной тепловой сети, обеспечивающей одновременно теплопотребление на отопление и горячее водоснабжение, отпуск тепловой энергии регулируется по отопительной нагрузке. 8. Регулирование отопительной нагрузки. В тепловой сети применяется качественное регулирование отопительной нагрузки по графику 150/70. 9. Максимальный расход тепла на отопление: max Qот = 10 ,9 Гкал . ч 10. Средняя часовая нагрузка ГВС за отопительный период и за летний период: ср Л ср отоп Q ГВС = Q ГВС =1 Гкал . ч 133 Перевод котельной в мини-ТЭЦ с использованием газовых турбин не рассматривается , т.к. вблизи котельной (менее 500 м.) расположена жилая застройка. Исходная схема МГК г. Тимашевск (пос. Индустриальный) Газ КПД ТВГ-4 = 85,5 % ТВГ-4 ТВГ-4 ТВГ-4 Тепло на отопление Тепло на ГВС 0÷10,9 Гкал/ч 1 Гкал/ч Схема реконструкции МГК г. Тимашевск (пос. Индустриальный) в мини-ТЭЦ КПД эл. = 38 % Газопоршневой когенератор 3000 кВт Тепло на отопление (минимальная отопительная нагрузка) 2,8 Гкал/ч Газ Электроэнергия на собственные нужды котельных установок 180 кВт Газопоршневой когенератор 1000 кВт ТВГ-4 ТВГ-4 ТВГ-4 КПД эл. = 38 % Тепло на ГВС 1 Гкал/ч Электроэнергия в сеть Электроэнергия на собственные нужды когенераторов 100 кВт Тепло на отопление 3 720 кВт Рис. 5.2.1. Схема реконструкции МГК г. Тимашевск в мини-ТЭЦ (оптимальный вариант) Согласно проведённым исследованиям (см. главу 3), для перевода котельной в мини-ТЭЦ потребуется установка двух газопоршневых когенераторов с электрическими мощностями 1 000 кВт и 3 000 кВт. Когенера134 тор №1 мощностью 1 000 кВт будет работать в течение всего года и покрывать среднечасовую нагрузку ГВС. Когенератор №2 мощностью 3 000 кВт будет работать только в течение отопительного периода и покрывать минимальную отопительную нагрузку. Годовой коэффициент использования топлива ан мини-ТЭЦ будет составлять ─ 87,1 %. Установка когенераторов потребует увеличение годового потребления газа на 60 %. Ориентировочный срок окупаемости проекта 3,2 года. Схема оптимального варианта реконструкции МГК в мини-ТЭЦ приведена на рис. 5.2.1. Сравним оптимальный вариант реконструкции с другим вариантом: схемой мини-ТЭЦ при демонтаже всех котлов (рис. 5.2.2). Рис. 5.2.2. Схема реконструкции МГК г. Тимашевск в мини-ТЭЦ при демонтаже всех водогрейных котлов (неоптимальный вариант) Технико-экономические показатели перевода котельной в мини-ТЭЦ по двум вариантам предложенным выше приведены в табл. 5.2.1. 135 Таблица 5.2.1. Технико-экономические показатели котельной и мини-ТЭЦ № п/п Характеристика Оптимальный вариант Неоптимальный вариант Котельная 1 Установленная тепловая мощность, Гкал/ч 12,9 2 Годовой расход газа, млн. м3 3,313 3 Годовая выработка тепла., Гкал 27 122 Годовое потребление электроэнергии на собственные 4 1,566 нужды, ГВт·ч Мини-ТЭЦ 5 Установленная мощность, кВт Капитальные вложения (стоимость основных фон- 6 дов) , млн. руб. 4000 12000 99,2 297,6 7 Годовая выработка электроэнергии, ГВт·ч 17,92 42,26 8 Выработано тепла., Гкал 27 122 27 122 9 Расход газа, млн. м3 5,317 12,64 60 280 Увеличение годового расхода газа по сравнению с 10 котельной, % 11 Годовой коэффициент использования топлива, % 87,1 55,6 12 Срок окупаемости, лет 3,2 5,8 Реконструкция котельной г. Тимашевск с использованием оптимального варианта позволит отпускать в сеть электроэнергию 17,9 ГВт·ч в год и покрывать собственные нужды котельной (годовое потребление 1,566 ГВт·ч). 5.2.2. Пример реконструкции МГК г. Анапа в мини-ТЭЦ с использованием когенерационных энергоустановок Рассмотрим пример реконструкции МГК, расположенной по адресу г. Анапа, мкр. 3а. Данные по оборудованию и системе теплоснабжения потребителей следующие: 136 11. Топливо: природный газ. 12. Тип котлов и их количество: КВГМ-20 ─ 2 шт. 13. КПД водогрейных котлов КВГМ -20: η к = 0 ,8 14. Установленная тепловая мощность: 40 Гкал/ч 15. Подключенная тепловая мощность: 24,5 Гкал/ч 16. Собственные нужды котельной (установленная электрическая мощность): 700 кВт. 17. Система теплоснабжения потребителей ─ открытая, двухтрубная. При двухтрубной тепловой сети, обеспечивающей одновременно теплопотребление на отопление и горячее водоснабжение, отпуск тепловой энергии регулируется по отопительной нагрузке. 18. Регулирование отопительной нагрузки. В тепловой сети применяется качественное регулирование отопительной нагрузки по графику 150/70. 19. Максимальный расход тепла на отопление: max Qот = 22 ,9 Гкал . ч 20. Средняя часовая нагрузка ГВС за отопительный период и за летний период: ср Л ср отоп Q ГВС = Q ГВС = 1,326 Гкал . ч Перевод котельной в мини-ТЭЦ с использованием газовых турбин не рассматривается , т.к. вблизи котельной (менее 500 м.) расположена жилая застройка. Согласно проведённым исследованиям (см. главу 3), для перевода котельной в мини-ТЭЦ потребуется установка двух газопоршневых когенераторов с электрическими мощностями 1 300 кВт и 5 700 кВт. Когенератор №1 мощностью 1 300 кВт будет работать в течение всего года и покрывать среднечасовую нагрузку ГВС. Когенератор №2 мощностью 5 700 кВт будет работать только в течение отопительного периода и покрывать минимальную отопительную нагрузку. Годовой коэффициент использова137 ния топлива на мини-ТЭЦ будет составлять ─ 82,7 %. Установка когенераторов потребует увеличение годового потребления газа на 58,5 %. Ориентировочный срок окупаемости проекта 10 лет. Рис. 5.2.3. Схема реконструкции МГК г. Анапа в мини-ТЭЦ (оптимальный вариант) Схема оптимального варианта реконструкции МГК в мини-ТЭЦ приведена на рис. 5.2.3. Сравним оптимальный вариант реконструкции с другим вариантом: схемой мини-ТЭЦ при демонтаже всех котлов (рис. 5.2.4). 138 Рис. 5.2.4. Схема реконструкции МГК г. Анапа в мини-ТЭЦ при демонтаже всех водогрейных котлов (неоптимальный вариант) Технико-экономические показатели перевода котельной в мини-ТЭЦ по двум вариантам предложенным выше приведены в табл. 5.2.2. Таблица 5.2.2. Технико-экономические показатели котельной и мини-ТЭЦ № п/п Характеристика Оптимальный вариант Неоптимальный вариант Котельная 1 Установленная тепловая мощность, Гкал/ч 40 2 Годовой расход газа, млн. м3 3 Годовая выработка тепла., Гкал 4 Годовое потребление электроэнергии на собственные нужды, ГВт·ч Мини-ТЭЦ 5 Установленная мощность, кВт 7000 9600 6 346,8 474,3 7 Капитальные вложения (стоимость основных фондов) , млн. руб. Годовая выработка электроэнергии, ГВт·ч 29,46 37,7 8 Выработано тепла., Гкал 47000 47000 9 Расход газа, млн. м3 9,68 12,69 10 Увеличение годового расхода газа по сравнению с котельной, % 58,5 108 6,109200 47000 2,15 139 № п/п Характеристика 11 Годовой коэффициент использования топлива, % 12 Срок окупаемости, лет Оптимальный вариант 82,7 Неоптимальный вариант 69,3 10 13,8 Реконструкция котельной г. Анапа с использованием оптимального варианта позволит отпускать в сеть электроэнергию 29,46 ГВт·ч в год и покрывать собственные нужды котельной (годовое потребление 2,15 ГВт·ч). 5.3. Сравнительный анализ технико-экономических показателей ТЭС 60 МВт на основе использования ГТА-16П и ГПМ Rolls-Royce B35:40V16AG 5.3.1. Принципиальные тепловые схемы сравниваемых вариантов ТЭС Сравнительный анализ технико-экономических показателей проводился для двух вариантов тепловых схем ТЭЦ электрической мощностью 60 МВт и тепловой мощностью 57 Гкал/ч: 1. Схема ТЭЦ с ГТУ и ПТУ (3 ГТУ + 2 ПТУ), приведены на рис. 5.3.1. 2. Схема ТЭЦ с ГПУ (9 ГПУ), приведены на рис. 5.3.2. Рис 5.3.1. Схема ТЭЦ с ГПУ (9 ГПУ) ГПА ─ газопоршневая установка; ГВС ─ горячее водоснабжение; ТА ─ теплообменный аппарат; КУ ГВС ─ котёл-утилизатор ГВС; СН ─ сетевой насос; ВК ─ водогрейный котёл; ДТ ─ дымовая труба 140