Как повысить эффективность тепловых электростанций

НИУ «МЭИ» разрабатывает новые схемы энергосбережения. Фото агентства «Москва»

Ученые НИУ «МЭИ» разработали технологии по энергосбережению в системах пылеприготовления теплоэлектростанций (ТЭС). Для понимания процесса энергосбережения или энергоэффективности на тепловых электростанциях, работающих, как правило, на угле или газе, надо понимать, что их главными составляющими являются котельная, где сжигается энергоноситель, и турбина, дающая, собственно говоря, электрический ток. Считается, что больше всего электроэнергии ТЭС расходуется на ее собственные нужды. Поэтому в рекомендациях на первом месте стоит использование энергосберегающих осветительных приборов.

По оценке отраслевых институтов, крупнейшие потребители электроэнергии собственных нужд – это насосы (питательные, конденсатные, сливные и циркуляционные) и тягодутьевые машины (дымососы, мельницы, питатели угля). Причинами неоптимальной работы перечисленных механизмов являются значительный проектный запас, отклонение фактической нагрузки станции от установленной мощности (изменение температуры окружающей среды, температуры охлаждающей воды, состава топлива), а также износ оборудования и влияние сопряженных процессов. Предлагаю в формате данной статьи рассмотреть пути решения проблем высокого энергопотребления для оборудования котельного цеха и турбинного отделения.

Начнем с насосов. На ТЭС круглогодичный режим работы имеют питательные насосы (ПЭН). На один энергоблок в среднем приходится около двух-четырех таких механизмов. Многие компании с целью достичь на предприятии эффективного энергосбережения заменяют проточную часть ПЭН на усовершенствованную путем использования гидромуфты. Однако такое решение имеет недостатки, которые не позволяют достичь максимальных экономических эффектов. Почему? Гидромуфта требует обслуживания и ресурсов (воды, масла, подпорных насосов), а при снижении мощности значительно теряет коэффициент полезного действия (КПД). Наиболее выгодным для ПЭН будет интегрированное техническое решение на базе САУ ЧРП ПЭН «Триол». Его использование значительно упрощает монтаж, ввод в эксплуатацию и обслуживание средневольтных приводов. При этом не требуются дополнительная строительная документация и проведение экспертиз для установки на объекте.

Конденсатные насосы. В среднем энергоблок станции оборудован группой из трех конденсатных насосов с двигателями мощностью 250–350 кВт, 6 кВ. Как правило, это два рабочих и один резервный насос. Для снижения потребления электроэнергии можно провести модернизацию посредством установки насоса с большей расходно-напорной характеристикой с применением частотно-регулируемого привода (ЧРП). Такое технологическое решение позволяет затрачивать меньшее количество энергии в сравнении с двумя работающими насосами.

Циркуляционные насосы. Диапазон их мощностей составляет от 500 до 1000 кВт. Уменьшить высокое потребление электричества можно с помощью гибкого регулирования по температуре воды на выходе из конденсатора или по номинальной температуре конденсации пара. Как следствие, возможна смена нагрузки энергоблока (тепловая и электрическая) и расхода пара через конденсатор. Также в зависимости от сезонных изменений и погодных условий меняется температура охлаждающей воды. Потенциал экономии составляет до 40%. Корпорация «Триол» предлагает закладывать в проект низковольтный двигатель 0,69 кВ с применением низковольтного преобразователя частоты.

Ученые МЭИ пошли по несколько иному пути. В основе разработки лежит применение газопоршневых двигателей (ГПД) для привода мельниц с тремя вариантами эффективного использования теплоты выхлопных газов на электростанциях, которые работают одновременно на угольном топливе и природном газе.

Во всех разработанных решениях НИУ «МЭИ» газопоршневая машина вращает ротор мельницы вместо электродвигателя. Выхлопные газы ГПД с температурой 400–600 градусов Цельсия могут сбрасываться в котел для участия в выработке пара, направляться в теплообменник для нагрева сетевой воды либо после смешивания с холодным воздухом использоваться для предварительной сушки сырого угля.

Интересно отметить, что газопоршневая электростанция – это система генерации, созданная на основе поршневого двигателя внутреннего сгорания, работающего на природном или другом горючем газе. Возможно получение двух видов энергии (тепло и электричество), и этот процесс называется «когенерация». В случае если в газопоршневых электростанциях используется технология, позволяющая получать еще и холод (очень актуально для вентиляции, холодоснабжения складов, промышленного охлаждения), то данная технология будет называться «тригенерация».

«Важным направлением работы нашего университета является создание новых научно-технических решений для действующих объектов энергетики. Наши ученые предложили оригинальные решения, обеспечивающие заметную экономию топлива на угольных ТЭС за счет совершенствования тепловой схемы станции и использования современных газопоршневых установок в системе топливоприготовления», – рассказал ректор НИУ «МЭИ» Николай Рогалев.

Новые энергосберегающие технологии разработаны заведующим научно-исследовательским отделом научно-образовательного центра «Экология энергетики» НИУ «МЭИ» Ириной Путиловой. Главными преимуществами технологий является оптимизация топочных процессов, что прежде всего связано с более полным сгоранием топлива и соответственно снижением вредных выбросов, а также повышение пожаробезопасности системы пылеприготовления, более глубокая сушка угля перед размолом. Эти меры не только повышают эффективность работы станции, но и делают ее более безопасной.