АННОТАЦИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ СХЕМЫ
ВЫРАБОТКИ ТЕПЛА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ЦЕХА
СМОЛОДОЛОМИТОВЫХ ОГНЕУПОРОВ ООО «МЕЧЕЛ-МАТЕРИАЛЫ» 8
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 10
3 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 12
4 ДЕЦЕНТРАЛИЗАЦИЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ
ЭНЕРГИИ
4.1 Газопоршневые установки с утилизацией тепла 15
4.2 Расчет тепловых нагрузок 21
4.3 Тепловой расчет двигателя когенерационной установки, работающего
на природном газе 25
4.4 Выбор основного и вспомогательного оборудования 49
5 АНАЛИЗ УТИЛИЗАЦИИ СБРОСНОГО ЭНЕРГОПОТЕНЦИАЛА
ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ 55
6 КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, ЗАЩИТА И
АВТОМАТИКА 72
7 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
7.1 Актуальность энергосбережения в России и в мире 75
7.2 Преимущества когенерационной установки 77
8 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 80
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 85
10 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 98
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 100
ПРИЛОЖЕНИЯПРИЛОЖЕНИЕ А - План цеха
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - 3D визуализация ГПУ
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Общий вид ГПУ Caterpillar G3516
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Схема утилизации тепла
ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Тепловая схема
ПРИЛОЖЕНИЕ Е - Схема автоматизации
Ввиду устаревших основных фондов, отсутствия финансирования, потери квалифицированных кадров в большой энергетике, с большей вероятностью возникает риск крупных аварий. Аварии в большой энергетике начинают носить систематический характер. В связи с этим возникает риск некачественной поставки энергоносителей, которая неблагоприятным образом влияет на процесс работы предприятия.
Постоянный рост цен на тарифы энергоносителей приводит к повышению цен на производимую продукцию, что в свою очередь снижает конкурентоспособность предприятия. Конкуренция на внутреннем и внешнем рынке заставляет предприятия искать пути снижения издержек производства. В себестоимости производимой продукции определенную часть занимают потребляемые энергоресурсы (электроэнергия и тепло).
В связи с этим актуален вопрос о надежной альтернативе внешнему электроснабжению с целью обеспечения энергетической безопасности предприятия и дешевыми энергоресурсами.
Все большую популярность в энергетической отрасли приобретают газопоршневые электростанции, появившиеся на рынке не так давно, но уже успевшие завоевать заслуженное признание своей экономичностью, производительностью и удобством работы.
Современные газопоршневые электроагрегаты, соответствующие технологии когенерации и тригенерации предоставляют потребителям возможность обеспечивать не только технико-экономически выгодное производство электрической, тепловой энергии и холода, но и достигать этого с приемлемыми в настоящее время экологическими показателями по эмиссии выхлопных газов в окружающую среду.
Применяют газопоршневые электростанции как постоянные или резервные источники электроэнергии для предприятий или небольших населенных пунктов. Они имеют простую и надежную конструкцию, выверенную
десятками лет эксплуатации в самых различных климатических условиях. Наиболее эффективны они на мощностях ниже 3 МВт. Их устанавливают в торговых комплексах, коттеджных поселках, на складах, и газопоршневые установки демонстрируют там чудеса быстрой окупаемости.
Газопоршневые электростанции идеально преобразуют энергию природного газа, в электрическую и тепловую, обеспечивая общий КПД до 90%. В зависимости от стоимости газа и степени утилизации тепла себестоимость 1кВт*ч электроэнергии составляет 0,70 - 1,7 руб., а срок окупаемости от 2 до 4 лет.
Кроме того, собственная генерация позволит обеспечить предприятие более дешевой электроэнергией и обеспечить основное питание при аварии на внешних электрических сетях.
Также, газопоршневые установки сохраняют работоспособность и свой высокий КПД там, где другие установки быстро выходят из строя.
Цель проекта - расчёт КГУ. В результате расчёта тепловых нагрузок было определено, что для обеспечения теплом на нужды отопления требуется тепловая мощность 0,878 МВт. Возможно расширение производства, что повлечет за собой рост нагрузок на собственные нужды.
Для реализации цели было проведено сравнение газогенераторных установок отечественного и зарубежного производства. В результате проведенного теплового расчёта была подобрана газопоршневая установка Caterpillar G3516 мощностью 1030 кВт.
Подобрано вспомогательное оборудование: сетевые насосы,
теплообменники входят в состав подобранной КГУ в контейнерном исполнении.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был рассмотрен вариант разработки когенерационной схемы выработки тепла и электроэнергии для цеха смолодоломитовых огнеупоров ООО «МЕЧЕЛ- МАТЕРИАЛЫ» в г.Челябинске.
В разделе обзор литературных источников была рассмотрена учебнометодическая и нормативно-справочная литература, необходимая для разработки выпускного квалификационного проекта.
В разделе сравнение отечественных и зарубежных газопоршневых установок выявлены достоинства и недостатки как российских, так и импортных ГПУ.
Произведён расчёт необходимых тепловых нагрузок на отопление. Общая тепловая нагрузка составила 0,878 МВт. Часовая максимальная электрическая нагрузка 1,5 МВт, часовая минимальная электрическая нагрузка 0,56 МВт. Для обеспечения нагрузок подобрано КГУ Caterpillar G3516. Произведен тепловой и конструктивный расчет ДВС. Расход топлива GT = 309,14 м3/ч, ход поршня и диаметр цилиндра S' = 210 мм, D = 190 мм, литраж двигателя Ул = 95,21 дм3, мощность двигателя NB = 1035 кВт. Был осуществлён выбор вспомогательного оборудования: насосов, теплообменного оборудования.
Также в ВКР был проведен анализ по утилизации крайне низкокалорийных газов с большим содержанием водорода. Анализ показал, чио даже газ с теплотой сгорания 398 ккал/нм3 (или 4,9% от теплоты сгорания природного газа) может использоваться в газопоршневых двигателях. Важным критерием, определяющим возможность утилизации продуктов пиролиза является их степень загрязнения смолами и пылью. В некоторых случаях может
понадобится комплексная система очистки газа (скруббеы, электростатические фильтры).
В ВКР предусмотрены потенциально опасные элементы оборудования и основные меры обеспечения безопасности при работе с ГПУ.
Для обеспечения экологической безопасности проекта выполнен расчёт рассеивания вредных примесей и предусмотренная проектом дымовая труба высотой 20м и диаметром 0,4м удовлетворяет условиям ПДК.
Также описаны преимущества КГУ с точки зрения энергосбережения.
В ВКР приводится описание структуры АСУТП (автоматическая система управления) энергоцентра.
В экономической части рассмотрено 2 варианта работы предприятия: покупка тепловой и электрической энергии; собственная генерация тепловой и электрической энергии.
Произведён расчёт и сделан вывод, что 1 кВт электроэнергии в 3 раза дешевле при собственной выработке и срок окупаемости разработки проекта составляет 4,19 года, что не превышает нормативный срок окупаемости, который составляет 5 лет.
Работа может быть использована на предприятии ООО «МЕЧЕЛ- МАТЕРИАЛЫ».
