Реферат: Министерство образования и науки украины приазовский государственный технический университет использование потенциальной энергии сжатого природного газа для производства электроэнергии технологическое предложение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ


ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ





ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ СЖАТОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ


Мариуполь

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ


Наименование: «Использование потенциальной энергии сжатого природного газа для производства электроэнергии».

Ключевые слова: ^ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ, ДРОССЕЛИРОВАНИЕ, ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, ТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ ТУРБИНА.

Назначение: Замена дросселирования природного газа расширением его в бескомпрессорных (турбодетандерных) турбинах для производства электроэнергии.

Область применения: Промышленные районы Украины с большим потреблением природного газа. Электроэнергия может использоваться на месте ее производства, потери в сетях сводятся к минимуму.

^ Описание и основные технико-экономические показатели:

В настоящее время промышленным комплексом Украины потребляется ~ 35 млрд. м3 природного газа в год, и только на одноразовое сжатие его от давления р1 = 0,1 МПа до р2 = 3 МПа затрачивается ~ 1000 МВт (а это треть мощности Запорожской АЭС). Для его транспортировки по трубопроводам используются повышающие компрессорные станции, которые устанавливаются через каждые 100 - 150 км, а газ на каждой из них сжимается до ~ 3 МПа. В себестоимости природного газа стоимость затраченной электроэнергии составляет ~ 10 %. Мариупольский промышленный район (ОАО «ММК им. Ильича», ОАО «МК «Азовсталь», другие промышленные и коммунальные предприятия г. Мариуполя) потребляет ~ 11 млн. м3 в сутки природного газа.

Так как предприятия природный газ очень высокого давления не используют, а технически подать его при низком давлении невозможно, то почти вся электроэнергия, затраченная на сжатие, теряется бесполезно.

Существует 2 способа снижения давления газов. Наиболее распространенным является дросселирование в узком сечении. В этом случае за счет трения давление падает, но энтальпия восстанавливается до первоначального значения. Процесс является изоэнтальпным. При дросселировании температура газа, как правило, снижается. Термодинамически дросселирование - предельно необратимый процесс, при котором происходит снижение давления без совершения полезной работы. Процесс дросселирования имеет одно преимущество - простота способа регулирования расхода и давления.

Второй способ снижения давления - политропное расширение в газовой турбине. Этот способ нашел применение в криогенной технике, а также при использовании избыточного давления доменного газа для производства электроэнергии. В идеальном случае (расширение без трения) всю электроэнергию, затраченную ранее на сжатие газа, можно возвратить. Реально из-за наличия трения и других необратимых потерь (нерасчетный режим истечения, потери на удар потока, дополнительное трение, вызванное увлажнением газа при расширении и т.д.) вернуть можно 40 - 50 % первоначальных затрат электроэнергии на сжатие газа.

В Мариупольском промышленном районе, как и в других промрайонах Украины, второй способ снижения давления на газопроводах не применяется. Даже на новых трассах используется малоэффективный способ регулирования расхода и давления - дросселированием газа. Так, на входе в Мариупольский промышленный район установлены газораспределительные станции - ГРС-1 (МКР Восточный) и ГРС-2 (пос. Мирный). Их назначение - дросселировать газ меткомбинатам с 2,7 - 3 МПа до 0,6 - 0,8 МПа, а предприятиям коммунального хозяйства г. Мариуполя - до 0,15 МПа. Таким образом, большая часть из приведенной энергии сжатия (~ 31 МВт) безвозвратно теряется при дросселировании.

Технологическое предложение предусматривает разработку высокоэффективной технологии энергосбережения, которая обеспечивается путём замены существующих дроссельных устройств на газопроводах природного газа (подводимого, например, к Мариуполю по северной нитке со стороны пгт. Волноваха или со стороны г. Таганрога) расширительными газовыми турбинами. При реализации предложения капитальные затраты невелики, эксплуатационные - очень малы, а возврат затраченной электроэнергии, например, в Мариупольском промышленном районе может достигать 12 - 15 МВт. В масштабах Украины можно вернуть 400 - 500 МВт затраченной на сжатие природного газа электроэнергии.

Цель предложения – на примере Мариупольского промышленного района возвратить без существенных капиталовложений и без использования дополнительных ресурсов 40 - 50 % (в зависимости от времени года - зима, лето) электроэнергии, затраченной на сжатие природного газа. Расширительные турбины может изготавливать Полтавский турбомоторный завод, Николаевский судостроительный или Харьковский турбинный заводы, которые в настоящее время не загружены (потребуется 200 - 250 турбин для промышленных районов Украины).

6.Иллюстрации: В качестве примера использования потенциальной энергии сжатого природного газа может служить схема установки расширительных газовых турбин (рис.1). Если вместо дроссельных устройств ГРС установить расширительные газовые турбины, то достигается один и тот же конечный результат - потребители получают необходимое им давление природного газа. Однако, заменяя дросселирование снижением давления в расширительной турбине только в Мариупольском промышленном районе из ~ 31 МВт, затраченных на сжатие газа, до 15 МВт можно возвратить в электрическую сеть.

Расширительные турбины технически очень просты, из-за высокого давления газа мало металлоемки, малогабаритны, не требуют системы охлаждения и специального обслуживания (могут быть полностью автоматизированы).


Схема установки расширительных газовых турбин





Рис.1


^ 7.Сопоставление с аналогами, преимущества: В большой энергетике установка, так называемых, предвключенных расширительных турбин вместо дроссельных устройств является не исключением, а правилом (рис. 2). В настоящее время разработаны предвключенные паровые турбины мощностью до 50 МВт. Например, в ОАО « ММК им. Ильича» и ОАО «МК «Азовсталь» (г. Мариуполь) установлены паровые противодавленческие расширительные турбины типа Р-12, электрическая мощность которых составляет 12 МВт. Если бы вместо них использовали дроссельные устройства, то только на двух заводах г. Мариуполя безвозвратные потери составили бы 24 МВт.

^ Схема установки паровой противодавленческой расширительной турбины типа Р-12 на ТЭЦ-1 ОАО «ММК им. Ильича»



Рис.2


Вторым характерным примером высокоэффективного использования потенциальной энергии доменного газа является установка газорасширительных турбин типа ГУБТ за доменными печами (рис. 3).


^ Схема установки ГУБТ после доменных печей на заводе Shiba, Япония





Рис. 3

1 - турбокомпрессор; 2 - воздухонагреватели; 3 - доменная печь;

4 - скруббер; 5, 6 - фильтры для тонкой очистки доменного газа;

7 - расширительные бескомпрессорные турбины


8. Потребители: Промышленные районы, металлургические комбинаты и другие предприятия, потребляющие большие объемы природного газа. В предлагаемых схемах расширения природного газа в бескомпрессорных (турбодетандерных) турбинах будет вырабатываться дополнительная электроэнергия, которая может потребляться предприятиями прилегающего промышленного района.

География предполагаемого рынка: Украина, страны Ближнего и Дальнего зарубежья.

^ 10.Правовая охрана: Технологическое предложение патентоспособно. Схема использования потенциальной энергии сжатого газа в расширительных турбинах в принципе известна, но предлагаемое техническое решение, имеющее существенные отличия, может быть обеспечено правовой охраной.

^ 11.Предлагаемые условия реализации технологического предложения: Стоимость работ по реализации технологического предложения (исполнители - Приазовский государственный технический университет, Укргипромез, Промэлектропроект) составляет 200 тыс. грн., срок выполнения – 2 года. Технологическое предложение может широко тиражироваться: для каждого промышленного района должна предусматриваться разработка конкретной схемы использования потенциальной энергии природного газа.

12.Срок действия предложения: Не ограничен.

13.Контакты: тел.: (0629) 44-64-98; факс (0629) 52 99 24;

e-mail:omid@pstu.edu