ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ СЖАТОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ
СЖАТОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА ДЛЯ
ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ
Мариуполь
1
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ
1. Наименование: «Использование потенциальной энергии сжатого природного газа
для производства электроэнергии».
2. Ключевые
слова:
ПРИРОДНЫЙ
ГАЗ,
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ
ЭНЕРГИЯ,
ДРОССЕЛИРОВАНИЕ, ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, ТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ ТУРБИНА.
3. Назначение:
Замена дросселирования природного газа расширением его в
бескомпрессорных (турбодетандерных) турбинах для производства электроэнергии.
4. Область применения: Промышленные районы Украины с большим потреблением
природного газа. Электроэнергия может использоваться на месте ее производства, потери в
сетях сводятся к минимуму.
5. Описание и основные технико-экономические показатели:
В настоящее время промышленным комплексом Украины потребляется
природного газа в год, и только на одноразовое сжатие его от давления
~ 35 млрд. м3
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
изоэнтальпным.
При
до
первоначального
дросселировании
температура
значения.
газа,
как
Процесс
правило,
является
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,
2
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
используется
малоэффективный
способ
не применяется. Даже на новых трассах
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.
3
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.
4
Схема установки паровой противодавленческой расширительной турбины типа
Р-12 на ТЭЦ-1 ОАО «ММК им. Ильича»
Рис.2
5
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.
9. 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
6
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
7