Ввод в эксплуатацию турбогенераторной установки отечественного производства на примере ГП «ЧАШНИКСКИЙ ЗАВОД ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ»

Основная масса производственных и производственно-отопительных котельных промышленных и муниципальных предприятий расходует сравнительно большое количество электроэнергии. Для получения (отпуска) 1 Гкал тепла, в зависимости от мощности котельной, потребляется от 25 до 45 кВт*ч  электроэнергии из энергосистемы. топливная составляющая которой составляет на замещающей КЭС (Лукомльская ГРЭС) 308 г.у.т./кВтч.

При росте стоимости электроэнергии, а также при ее большом потреблении выше упомянутыми котельными, сразу вспоминается эффективность комбинированного цикла производства тепло- и электроэнергии и возможность его использования на паровых котельных. В настоящее время когенерационный процесс нашел широкое применение в Республике Беларусь. За последние десять лет в республике введены десятки когенерационных установок.

Наибольшая эффективность от когенерации достигается при использовании паровых противодавленческих турбин, устанавливаемых на промышленно-отопительных котельных под существующие тепловые нагрузки. В основном такими турбогенераторами являются блочные турбогенераторные установки (ТГУ). Для таких ТГУ характерна высокая удельная металлоемкость (порядка 20 кг/кВт), сложная система маслоснабжения, большое количество охлаждающей воды. Монтировать их требуется в отдельных пристройках. Для эксплуатации необходим специально подготовленный персонал.

ТГУ единичной мощностью более 500 кВт изготавливает ОАО «КТЗ» (Калужский турбинный завод, Россия), а вот ТГУ единичной мощностью от 50 до 300 кВт в настоящее время предложить могут только  в основном производители Западных стран: Чехия, Германия и др. Стоимость таких турбогенераторов достигает свыше 1000 евро за 1 кВт установленной мощности, без учета расходов на проектные, строительные, монтажные и пуско-наладочные работы. Поэтому для паровых котельных малых мощностей, складываются определенные трудности с переводом  котельных небольшой мощности на комбинированную выработку тепло- и электроэнергии. Вместе с тем, в республике существует около сотни котельных, где имеется возможность установить ТГУ единичной мощностью от 70 до 300 кВт. Такие котельные имеют, как правило, круглогодичную технологическую нагрузку, а в зимний период добавляется и теплофикационная.

ИЗ ОПЫТА РАБОТЫ РЕКОНСТРУКЦИИ  КОТЕЛЬНОЙ НА ГП «ЧАШНИКСКИЙ ЗАВОД ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ»

На котельной ГП «Чашникский завод пищевых продуктов» установлены два паровых котла: ДКВР–10/13; ДКВР–6,5/13.

Параметры пара, отбираемого из коллектора котельной на технологию составляют (5…5,5) кгс/см² (абс.). На практике котлы эксплуатировались при давлениях задаваемых потребителями технологии. Такая эксплуатация являлась неэкономичной за счет: снижения к.п.д. (нетто) котла, увеличенному расходу электроэнергии на привод механизмов собственных нужд (до 30%). Вместе с тем возникала необходимость вводить поправки на параметры, которые при снижении давления завышали массовые расходы пропорционально корню квадратному отношений удельных объемов пара, а также увеличивался капельный унос котловой воды.

При выборе ТГУ рассматривались фактические тепловые нагрузки предприятия, а также параметры пара на выходе из парового котла и требуемые на технологию.

По результатам тендерных торгов предпочтение было отдано турбогенераторной установке отечественного производства. Технические характеристики турбогенераторной установки представлены в таблице 1.

Таблица 1

№ п/п	Наименование	Размерность	ТГУ-0,15
			Ном. значение		Диапазон
1	2	3	6		7
1	Мощность	кВт	150		10-150
2.	Частота вращения: - ротора турбины - ротора генератора	об/мин	3000 +30 3000 +30
3	Напряжение на клеммах генератора	кВ	0,4	± 5%
4	Номинальные параметры пара: - абсолютное давление, (абс.) - температура	МПа С	1,3 191	0,9-1,3 182 - 191
5	Номинальное давление пара за турбиной (абс.)	МПа	0,5	0,35-0,58
6	Номинальный расход пара	т/ч	9	5-10
7	Расход охлаждающей воды	м3/ч	12	10-15
9	Тип генератора		5 АН280 (асинхронный)
10	Масса	т	3,2
11	Габариты ТГУ: - длина - ширина -высота	м	2,1 1,45 1,35

Согласно обоснованию инвестиций  окупаемость проекта по внедрению ТГУ на ГП «Чашникский завод пищевых продуктов» в течении 3 лет.

В течение 2007 года была изготовлена  ТГУ единичной мощностью 150 кВт. В 2008 году выполнены подготовительные, строительные и общемонтажные работы, произведен монтаж ТГУ. С сентября по ноябрь 2008г. проведены пуско-наладочные работы. В ходе проведения пуско-наладочных работ прошли проверку режимы пусков турбины, надежность работы системы защит и автоматики, были получены режимные характеристики турбины.

КОНСТРУКЦИЯ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И ЕЕ ТЕПЛОВАЯ СХЕМА

Конструктивно установка выполняются в виде компактного, блочного, 100%-ой заводской готовности, состоящей из противодавленческой турбины, электрического генератора асинхронного типа размещенных на общей раме (рис. 1).

Турбина выполнена на основе ступени «Кинаст» или ступени давления с повторным подводом рабочего тела (СДПП), то есть по многоступенчатой схеме расширения на одном рабочем колесе, что наряду с достоинствами многоступенчатых турбин позволяет организовать промежуточный отбор пара для нужд промышленных потребителей. Это означает, что в пределах одной турбины может использоваться потенциал пара нескольких дросселируемых потоков. Такое исполнение позволяет при частичных нагрузках обеспечивать более эффективную работу турбины, по сравнению с турбиной классического осевого исполнения.

Рис.1. Турбогенераторная установка с противодавленческой турбиной Р-0,15-1,3/5,2

В силу применения в турбине  подшипников качения вместо подшипников скольжения, применяемых в турбинах большой мощности, система смазки значительно упростилась. Вместо громоздкой традиционной системы смазки с баками, насосами и пр. оборудованием, применяемых в классических турбинах, в данных турбинах используется консистентная смазка, которая может работать при температурах, до 150 ^оС. Периодическое обслуживание заключается в пополнении объема смазки в обоймах подшипников, что и это можно исключить, установив на корпуса подшипников автоматический лубрикатор. После запуска лубрикатора смазочный материал стабильно поступает в подшипники в течении заданного промежутка времени, обеспечивая надежное смазывание и исключая какое-либо обслуживание.

Для отсоса пара из концевых уплотнений применяется струйный подогреватель (СП) смешивающего типа. Основным рабочим телом в СП служит вода. Давление воды может составлять от 2 до 4 кгс/см², расход от 8 до 15 т/ч, в зависимости от необходимого количества отсасываемого пара. При работе ТГУ в номинальном режиме 150 кВт расход воды составляет около 12 т/ч при давлении 3,2 кг/см². Подогрев воды в СП составляет не более 10 ^оС.

В ТГУ используется асинхронный генератор, это позволяет упростить принципиальную электрическую схему и удешевить стоимость установки. Подключение к распредустройствам происходит по низкому напряжению 0,4 кВ. Никаких специальных операций по синхронизации асинхронного генератора при включении в сеть не требуется. Для  уменьшения продолжительности переходного процесса и  уменьшения броска тока статора, целесообразно включать генератор  в сеть при частоте вращении вала ТГУ, близкой к 3000 об/мин. Аппаратура, установленная в шкафу генераторного выключателя (ШГВ), дополнительно обеспечивает защитное отключение генератора в следующих случаях:

• при превышении токов допускаемых уставок - максимально токовая;
• при перегрузках;
• при неполнофазных режимах;
• при повышении и понижении напряжения управления сверх допустимого диапазона.

Вместе с ТГУ поставляется шкаф управления и защит (ШУЗ) и шкаф управления местный (ШУМ). ШУЗ производит сбор информации от аппаратуры КИП и отображает на информационных табло (рис.2). В шкафу установлен микропроцессорный блок управления и защит (БУЗ) ТГУ, который осуществляет автоматическое управление технологическим процессом и безопасную работу установки.

Рис.2 Шкаф управления и защит ТГУ

Малая удельная масса на единицу мощности, небольшие габаритные размеры позволяют устанавливать их на существующие фундаменты и в существующие здания, что значительно сокращает стоимость и сроки монтажа, а также позволяет обойтись существующим эксплуатационным персоналом. Этому способствует отсутствие маслосистемы и сопутствующих ей элементов. Защиты турбин выполнены на базе микропроцессора и включают:

• повышении частоты вращения ротора;
• коротких замыканиях;
• перегрузках;
• повышенной вибрации;
• повышении температуры на подшипниках;
• повышении противодавления;
• отключении генератора;
• другие защиты по требованию Заказчика,

В комплект турбогенераторов входит автоматизированная система контроля и управления на базе програмно-технических комплексов. Управление всем технологическим процессом осуществляется с экрана местного управления. Имеется возможность выхода на верхний уровень (персональный компьютер), который может устанавливаться в любом удобном месте. Весь технологический процесс кроме пуска ТГУ возможно осуществлять с помощью последнего.

Датчики регуляторов допускают ручное управление и обеспечивают прием электрических управляющих сигналов при дистанционном или автоматическом управлении установкой.

Турбогенераторы характеризуются:

• высокой надежностью (период непрерывной работы не менее 7000 часов);
• длительным сроком службы (более 15 лет) и ресурсом (более 100000 часов);
• значительным межремонтным периодом (не менее 2 лет, 14 тыс. часов);
• минимальным объемом монтажных и пусконаладочных работ;
• малыми эксплуатационными затратами;
• простотой обслуживания и нетребовательностью к уровню подготовки обслуживающего персонала;
• умеренной ценой при коротком (до 2-х лет) сроке окупаемости.