Использование АБХМ для охлаждения воздуха на входе в турбину, Казахстан

Уникальный проект применения АБХМ, работающей на выхлопных газах от газотурбинных установок (ГТУ). Абсорбционный чиллер применяется для охлаждения воздуха на входе в турбину. Проект позволяет существенно повысить эффективность работы ГТУ и увеличить выработку электроэнергии.

Жанажолская ГТЭС — это современная высокотехнологичная газотурбинная электростанция, расположеная в Республике Казахстан и обеспечивающая электроэнергией обширные регионы страны.

ГПУ в Казахстане

Сведения о проекте:
АБХМ Thermax 2D 5M C
Холодопроизводительность – 3150 кВт
Температура охлаждаемой воды на входе — +15°C
Температура охлаждаемой воды на выходе — +8°C
2 градирни Baltimore Aircoil открытого типа
Повышение эффективности турбины в среднем на 30% в теплое время года

 

Использование АБХМ для охлаждения воздуха на входе в газопоршневую установку, Индия

Энергетическая установка, расположенная в г. Мадурай на юге Индии, выдает электроэнергию в сеть. Для выработки электроэнергии используются 7 газопоршневых установок Wartsila мощностью 15 МВт каждая. Из-за высокой температуры окружающего воздуха (38°C – 43°C), установки не выходили на номинальную мощность (90% – 95%).

Для снижения температуры было предложено пропускать наружный воздух, с температурой 43°C, через воздухоохладитель, в который подается вода, охлажденная до температуры 20°C. За счет этого достигается снижение температуры воздуха на входе в ГПУ до 27°C. Для охлаждения воды было предложено установить АБХМ Thermax, использующую бросовое тепло с рубашек охлаждения газопоршневых установок.

Для достижения необходимого эффекта требовалось получить 4050 кВт холода, что было реализовано с помощью 2-х абсорбционных чиллеров, мощностью 2025 кВт каждый.
С помощью системы охлаждения приточного воздуха энергоблок в г. Мадурай увеличил выработку электроэнергии на 500 кВт с каждой ГПУ (общее увеличение составило 3,5МВт) при повышенной температуре уличного воздуха.

ГПУ -Индия

Сведения о проекте:
Газопоршневые установки Wartsila – 15 МВт x 7 шт.
Температура наружного воздуха — +43°С по сухому термометру
Температура наружного воздуха — +26,7°С по мокрому термометру
Температура воздуха на входе в ГПУ +27°С по сухому термометру
Расход воздуха при 27°С — 35 кг/с
Температура охлажденной воды +20/+12°С

Есть два способа подключения АБХМ в систему тригенерации:

  1. Теплоносителем является вода, предварительно нагретая в теплообменнике когенерационной установки. Преимущества: трехходовой клапан с электронной системой управления позволяет точно регулировать холодильную мощность. Недостатки: ниже эффективность, а, следовательно, холодильная мощность.
  2. Теплоносителем являются выхлопные газы ДВС. Преимущества: выше эффективность, а, следовательно, холодильная мощность чем у п.1. Недостатки: отсутствует гибкость управления выработкой холодильной мощности.

Преимущества тригенерации на базе АБХМ перед традиционным кондиционированием:

  • работа на т.н. «бросовом тепле»;
  • АБХМ не имеют подвижных частей подверженных механическому износу, что снижает затраты на обслуживание;
  • срок безотказной работы более 25 лет;
  • выработка энергии в месте потребления;
  • снижение потребления сетевой электроэнергии во время летних пиков;
  • круглогодичная загрузка генерирующих мощностей обеспечивает их максимальную экономическую эффективность;
  • минимальное потребление электроэнергии: электроэнергия требуется для работы насосов и автоматики;
  • минимальный уровень шума;
  • полную автоматизацию;
  • пожаро- и взрывобезопасность;
  • абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору.

Основные технико-коммерческие показатели тригенерации

Удельная стоимость АБХМ зависит от единичной мощности установки и находится в пределах $250-550 за 1 кВт холодильной мощности. Для сравнения, 150-170 кВт холодильной мощности необходимо для охлаждения и вентиляции 1 000 кв.м офисных площадей. АБХМ холодопроизводительностью 3750 кВт для кондиционирования воды имеет массу 37 тонн, габаритный размер (ДхШхВ) 7,5х2,2х3,6м и требует размер машинного зала (ДхШ) 9х5 м. Кроме того для обслуживания подводящих труб необходимо дополнительная площадь (спереди или сзади) АБХМ размером (ДхШ) - 4х2 м. АБХМ должна размещаться в помещении при температуре воздуха более +5 оС и влажности воздуха менее 85%.

Также необходимо место под размещение испарительной градирни тепловой мощностью 8820 кВт. Рабочая масса – 24,2 т, габаритный размер (ДхШхВ) 10,8х7,6х5,5 м. Возможно стандартное и малошумное исполнение градирни. Градирню рекомендуется размещать вне помещения в зоне свободного доступа воздуха.

Техобслуживание АБХМ в составе систем тригенерации

  • Сервисные работы при круглогодичном использовании проводятся четыре раза в год.
  • При сезонной работе машин необходимо проводить ее консервацию (например, в октябре) и расконсервацию (например, в апреле).
  • При сезонной работе плановый сервис машины осуществляется одновременно с работами по консервации и расконсервации работами.
  • При сезонной работе сервис проводится два раза в год.
  • Запасные части для проведения сервисных и ремонтных работ поставляется в комплекте, удовлетворяющем техническому обслуживанию на 4 года.

Тригенерация и экология

В системах тригенерации на базе АБХМ практически нет выбросов парниковых газов, отсутствуют вредные химические загрязнения, т. к. в качестве хладагента используется вода. Важно отметить, что использование тригенерации — одна из лучших технологий, доступных для сокращения выбросов парниковых газов и других загрязнений окружающей среды.

Абсорбционный чиллер. Абсорбционная холодильная машина!

АБХМ представляет собой холодильную установку, работающую за счет тепловой энергии, а не электричества. Источником тепловой энергии может служить горячая вода, выхлопные газы, пар, природный газ и другие виды топлива.

Принцип действия абсорбционной холодильной машины основан на определенных свойствах хладагента и абсорбента, которые обеспечивают отвод тепла, охлаждение и поддержание необходимого температурного режима.

ПРИМЕНЕНИЕ АБСОРБЦИОННЫХ ЧИЛЛЕРОВ В СИСТЕМАХ С ПЕЛЛЕТНЫМИ КОТЛАМИ И ДРУГИМИ ИСТОЧНИКАМИ ТЕПЛА

Использовать абсорбционные чиллеры в системах кондиционирования и промышленного охлаждения для уменьшения пиковых нагрузок на энергосистемы или при недостатке электромощностей стали давно. В зависимости от вида подводимой энергии, абсорбционные чиллеры делятся на 4 основных типа: работающие на сбросной горячей воде (горячая вода от генераторов; горячая вода, образующаяся при охлаждении различных технологических процессов и т.п.), на природном газе, на паре или на выхлопных газах.

Но если нет возможности подвода электроэнергии и нет ни одного источника энергии из описанных выше, то для получения холода можно рассмотреть двойную систему с использованием пеллетных или твердотопливных котлов и абсорбционных чиллеров. Котлы нагревают воду, которая используется абсорбционным чиллером для генерации холода.

absorption chiller system with pellet boiler

Применение абсорбционного чиллера в системе с пеллетным котлом

В регионах, где для нагрева воды традиционно используются твердотопливные или пеллетные котлы, преимущества такой системы очевидны. Летом, как правило, котлы простаивают и не используются, что экономически неэффективно. В свою очередь цена топлива для котлов (пеллеты, щепа, брикеты или уголь) летом ниже, чем в зимний период, из-за перенасыщенности предложений и низкой потребности. В зависимости от мощности пеллетного котла подбирается и мощность абсорбционного чиллера.

Также подобную систему можно рассмотреть, если вместо котла использовать солнечный коллектор, например, в южных регионах. Солнечный коллектор предназначен для сбора тепловой энергии и подогрева рабочей среды до температуры, достаточной для работы абсорбционного чиллера.

example implementation cooling system

Пример реализации системы охлаждения с использованием солнечных коллекторов и абсорбционного чиллера.

ГПУ -принцип

Описание реализации отдельных элементов системы

Воздухоохладитель

Для правильного расчета теплообменника необходимо иметь следующие параметры:
• размеры воздухозаборного устройства
• расход воздуха
• температуры воздуха и воды на входе и выходе из охладителя
• максимально допустимые потери давления по воздуху и по воде

Необходимо учитывать, что любое дополнительное сопротивление на входе воздуха в ГТУ негативно сказывается на основных показателях работы ГТУ. При охлаждении воздуха на теплообменнике при определенных условиях может образовываться конденсат, для предотвращения уноса конденсата в турбину необходимо предусмотреть каплеуловитель. Также важным моментом является вопрос использования воды или гликоля в качестве холодоносителя, т.к. применение гликоля значительно снижает мощность по холоду, а использование воды влечет необходимость продувки системы для предотвращения заморозки.

Дренажный поддон

Для сбора и отвода воды, конденсирующейся на теплообменной поверхности батареи, в нижней части блока устанавливается специальный дренажный поддон. Его ширина должна быть достаточной, чтобы обеспечить отвод воды также и из каплеотбойника. Дренажный поддон изготавливается из нержавеющей стали. Конструкция поддона должна обеспечить достаточный объем для сбора воды, а также ее легкий отвод из системы через дренажные каналы, диаметр которых зависит от объема воды. На выходе из дренажной системы необходимо предусмотреть сифон.

Источник холода

Согласно рекомендациям Ассоциации по охлаждению приточного воздуха TICA, США, в ГТУ наиболее целесообразно, в случае наличия бросовых источников тепла, использовать АБХМ. В России АБХМ Thermax используются на нужды охлаждения воздуха на различных объектах с 2006 года, а за рубежом в портфолио Thermax более 300 проектов с охлаждением приточного воздуха в ГТУ, ГПУ, воздушные компрессора и другие установки.

При повышении температуры воздуха на всасывании в ГТУ объем вырабатываемой электрической мощности снижается, а объем потребления газа повышается. Существуют различные технические схемы охлаждения воздуха, среди которых наиболее перспективной считается применение абсорбционных холодильных машин (АБХМ).

АБХМ представляет собой холодильную установку, работающую за счет тепла, а не электрической энергии. Источником тепловой энергии может служить горячая вода, выхлопные газы, пар, природный газ и другие виды топлива.

gpu-temperature

Для решения проблемы снижения вырабатываемой ГТУ электрической мощности при повышенных температурах наружного воздуха, предлагается установить теплообменник, через который будет проходить захоложенная вода из АБХМ с температурой +5 — +10°C. Холод, вырабатываемый АБХМ, служит для охлаждения приточного воздуха на входе в ГТУ до +15 — +20°C.

АБХМ могут использовать как напрямую выхлопные газы ГТУ и ГПУ, так и горячую воду/пар из котлов-утилизаторов. Таким образом, холод производится, в основном, за счет потребления бросовых источников тепла.

Описание эффекта

Известно, что обычно ГТУ работают с постоянным расходом воздуха, соответственно при повышении его температуры, снижается его плотность и следовательно снижается мощность ГТУ. Снижение температуры подаваемого в турбину воздуха с 40°С до 15°С предотвращает снижение мощности ГТУ на 30 %, которое произойдет при подаче воздуха на всасывание турбины с высокой температурой.

График изменения электрической и тепловой мощности газовой турбины в зависимости от температуры подводимого воздуха приведен на рис. 3.

График 1   График 2
Рис. 2. Пример зависимости мощности ГТУ от температуры наружного воздуха   Рис.3. Изменение электрической и тепловой мощности газовой турбины в зависимости от температуры воздуха на входе

Тригенерация (Trigeneration, CCHP — combined cooling, heat and power) — это организация производства сразу трех видов энергии: электричества, тепла и холода. Этот термин получился, как логическое продолжение когенерации — одновременной выработки электроэнергии и тепла.

С развитием мировой экономики спрос на энергию постоянно растет. Одновременно растет и ее стоимость. Благодаря этому системы собственной генерации в настоящее время получают мощный импульс развития.

Тригенерация является более выгодной по сравнению с когенерацией, поскольку даёт возможность эффективно использовать утилизированное тепло не только зимой для теплоснабжения, но и летом для холодоснабжения систем кондиционирования воздуха или технологических процессов. Для этого применяются теплоиспользующие абсорбционные бромистолитиевые холодильные установки.

Такой подход позволяет использовать генерирующую установку круглый год, не снижая высокий общий КПД в летний период, когда потребность в вырабатываемом тепле снижается.

С технологической точки зрения речь идет о едином энергетическом комплексе когенерационной установки с абсорбционной холодильной машиной. В этом случае стоимость производства энергии становиться максимально низкой.

Тригенерационная схема увеличивает эффективность энергокомплекса до 80% и более, существенно снижает выбросы соединений углерода, что делает ее неотъемлемой частью “зеленых” технологий.
Компания Thermax представляет эксклюзивную серию абсорбционных чиллеров Trigenie, которые разработаны специально для комплексного использования сбросного тепла, как в виде в виде отработанных газов от поршневых двигателей и турбин, так и горячей воды от “рубашек” охлаждения, тем самым, снижая потребность в дополнительных установках утилизации теплоты. Это позволяет не только значительно сократить эксплуатационные расходы системы охлаждение (кондиционирования воздуха), но и снизить капитальные затраты комплекса за счет уменьшения установочных мощностей электрогенерирующего оборудования.

Уникальные инженерные решения АБХМ

  • Дополнительный сбросной конденсатор – обеспечивает защиту от кристаллизации во время остановки АБХМ.
  • Возможность отдельных подключений выхлопных газов от трех ГПУ или ГТУ к одной АБХМ – позволяет оптимизировать площади и расходы на модернизацию.
  • Увеличение рекуперации тепла по сравнению со схемой, использующей обычное теплообменное оборудование, на 12 — 15% при тех же параметрах выходящих потоков – приводит к увеличению прибыли на инвестированный капитал.
  • Отдельный генератор для рекуперации тепла горячей воды — увеличивает степень утилизации теплоты, обеспечивает более высокий холодильный коэффициент (COP) при работе на неполной нагрузке.
  • Оптимизация рекуперации тепла — специальное конструктивное решение теплообменника для использования горячей воды с температурой 70 — 75 0С от рубашки охлаждения двигателя.
  • Управление обратным избыточным давлением — приоритет всегда отдается двигателю/турбине.

Зависимость потенциала выработки холода АБХМ от мощности ГПУ

Мощность электрогенерирующей установки, (кВт) Холодопроизводительность* комбинированной АБХМ Thermax, полученная за счет одновременной утилизации теплоты выхлопных газов и рубашки охлаждения ГПУ, (кВт)
300 351 — 387
500 615 — 703
1000 1055 — 1230
1500 1495 — 1759
2000 1846 — 2110

Описание процессов абсорбционных холодильных машин

Данная схема не отображает настоящую конструкцию АБХМ, а является схемой, по которой можно доступно проследить за происходящими процессами в каждом аппарате.

Принципиальная схема тригенерации — летний режим

В летний период, когда у Заказчика имеется потребность в охлажденной воде, например, для систем кондиционирования воздуха, горячая вода от системы охлаждения ГПУ/ГТУ поступает в генератор АБХМ, где происходит I-я ступень утилизации тепла. В генератор также поступают выхлопные газы АБХМ, где осуществляется II-я ступень утилизации теплоты, за счет чего и вырабатывается холод с максимально высокой эффективностью.

schemes-3genie-new-01 

Принципиальная схема тригенерации — зимний режим

В зимний период, Заказчик, как правило, нуждается в горячей воде. В этом случае горячая вода от системы охлаждения ГПУ/ГТУ идет напрямую к потребителю без участия чиллера. Выхлопные газы поступают в абсорбционный чиллер/нагреватель, где за счет утилизации тепла, производиться дополнительное количество горячей воды. Таким образом, осуществляется наиболее полное использование бросовой теплоты для нужд теплоснабжения.

schemes-3genie-new-02

Опрос

Что Вы знаете о тепловых насосах

Другие опросы...