ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА НА ТЭЦ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ

Рассмотрена возможность экономии энергоресурсов при производстве сжатого воздуха – одного из самых энергозатратных производств, в котором теряется значительная часть используемой энергии. Предлагаемое техническое решение основано на совместном применении двух энергосберегающих технологий: первая из них – использование технологического перепада давления транспортируемого природного газа, безвозвратно теряемого при его дросселировании на газорегуляторных пунктах предприятий, вторая – это охлаждение воздуха перед секциями компрессора для уменьшения работы сжатия. Предложена схема установки для комбинированной паровоздуходувной и электрической станции металлургического предприятия, в которой в дополнение к генерирующей электроэнергию и тепло энергетической турбине и вырабатывающему сжатый воздух двухсекционному компрессору с паротурбинным приводом используется двухступенчатый детандер-генераторный агрегат (ДГА), вырабатывающий электроэнергию и холод. Рассмотрена термодинамика процессов расширения газа в детандере, обоснован выбор двухступенчатой схемы. Вырабатываемый в ДГА холод используется для понижения температуры воздуха на входе в первую и вторую секции компрессора, что позволяет снизить расход топлива на сжатие воздуха. Применение предлагаемой схемы позволяет снизить расход топлива на привод компрессора. Полезно использовать теплоту сжатого воздуха для подогрева транспортируемого газа перед ступенями детандера и вырабатывать дополнительно электроэнергию. При этом для выработки электроэнергии не расходуется топливо, а теплота охлаждаемого воздуха не сбрасывается в окружающую среду, т. е. работа установки характеризуется высокими экологическими показателями. Приводится порядок расчета экономии топлива при применении предлагаемой схемы. Проведенная оценка показала, что использование данной схемы позволяет при расходе газа около 200 тыс. нм3/ч, давлении газа перед газорегуляторными пунктами 0,7 МПа и требуемом давлении воздуха 0,5 МПа уменьшить потребление топлива на теплоэлектроцентрали паровоздуходувной станции на 11,2 тыс. т у.т./год, что составляет 0,84 %. Вырабатываемая электрическая мощность ДГА при этом составит 5,3 МВт.

1. Годовой отчет ММК за 2015 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://mmk.ru/upload/iblock/5a2/1%20%D0%93%D0%9E%202015.pdf

2. Никифоров Г.В., Олейников В.К., Заславец Б.И. Энергосбережение и управление в металлургическом производстве. – М.: Энергоатомиздат, 2003. – 480 с.

3. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник в 4-х томах. Т. 4 / Под ред. А.В. Клименко, В.М. Зорина. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МЭИ, 2007. – 632 с.

4. Демин Ю.К., Хасанова Р.В., Нешпоренко Е.Г., Картавцев С.В. Совершенствование схемы промежуточного охлаждения сжимаемого газа в системе снабжения техническими газами металлургического производства // Электротехнические системы и комплексы. 2017. № 1. С. 37 – 43.

5. Cronin P. The Application of Turboexpanders for Energy Conservation. Company materials. Rotoflow Corporation, USA, 1999.

6. Агабабов В.С., Корягин А.В., Джураева Е.В. Производство электроэнергии в детандер-генераторных агрегатах с одновременным отпуском теплоты различных температурных уровней (теплоты и холода) // Рациональное использование природного газа в металлургии: Сб. тез. Междунар. науч.-практич. конф. Москва, 13 – 14 ноября 2003 г. – М.: МИСИС, 2003. C. 45 – 46.

7. Berge W., Zahner C. Erdgas-Entspannungsturbine Goeppingen // Gas und Wasserfach Gas Erdgas.1991. Vol. 132. No. 7. P. 302 – 304.

8. Bosen W. Auslegung und Regelung von Erdgasexpansionsturbinen // VDI Berichte. Vol. 1141. Düsseldorf: VDI-VerlagGmBH, 1994. P. 113 – 124.

9. Байков И.Р., Молчанова И.Р., Гатауллина А.Р. Энерготехнологический комплекс на базе детандер-генераторных агрегатов на компрессорной станции // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. № 6. C. 114 – 118.

10. He T.B., Ju Y.L. Design and optimization of natural gas liquefaction process by utilizing gas pipeline pressure energy // Applied Thermal Engineering. 2013. Vol. 57. No. 1 – 2. P. 1 – 6.

11. Arabkoohsar A., Gharahchomaghloo Z., Farzaneh-Gord M. etc. An energetic and economic analysis of power productive gas expansion stations for employing combined heat and power // Energy. 2017. Vol. 133. P. 737 – 748.

12. Agababov V.S., Stepanez A.A., Heymer J.J. Der Einsatz von Wärmepumpen zur Erdgasvorwärmung // Gas und Wasserfach Gas Erdgas. 2000. Vol. 141. No. 3. P. 182 – 184.

13. Agababov V.S, KorjaginA.V., Utenkov V.F., Heymer J.J. Abhaengichkeit der Betriebsdaten einer Waermepumpenanlagezur Erdgasvorwaermung von den Einsatzparametern // Gas und Wasserfach Gas Erdgas. 2000. Vol. 141. No. 9. P. 610 – 615.

14. Furchner H. Stromerzeugung durch Erdgasentspannung. Einfuerunghemmnisse und technische Loesungen // Gas und Wasserfach Gas Erdgas. 1997. Vol. 138. No. 11. P. 634 – 636.

15. Hagedorn G. Technische Moeglichkeiten und Anwendungspotentialefuer den Einsatz von Entspannungsmaschinen in der Versorgungswirtschaft und Industrie // VDI Berichte. Vol. 1141. Düsseldorf: VDI-VerlagGmBH. 1994. P. 1 – 15.

16. Modrei P., Sundermann H.-H. Planung, Bau und erste Betriebserfahrungeneiner Erdgas – Expansionsanlage in Ferngassystemen // Gas und Wasserfach Gas Erdgas. 1998. Vol. 139. No. 5. P. 276 – 282.

17. СТО Газпром 2-3/5-501-2006. Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов.

18. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. – М.: Энергия, 2016. – 496 с.

19. Корягин А.В., Джураева Е.В. Расчет детандер-генераторных агрегатов и ожижителей природного газа // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2001611044. – 1 c.

20. Гуров В.И. Перспективы применения турбодетандеров в системе газоснабжения // Газотурбинные технологии. 2002. Т. 20. № 5. С. 34 – 37.