Пар, котёл-утилизатор и паровая АБХМ

Тригенерация на пару устроена так: выхлоп двигателя или турбины идёт в котёл-утилизатор, пар из него делится между технологией завода и паровой абсорбционной машиной (АБХМ). Схема нужна, когда заводу пар и так необходим. Двухступенчатая паровая машина Thermax даёт коэффициент преобразования (COP, сколько холода из 1 кВт тепла) 1,30–1,45, то есть тонна пара в час превращается примерно в 0,9 МВт холода. Одноступенчатая на низком давлении даёт вдвое меньше.

Общая картина по двигателям на странице «Виды тригенерации». Как делать холод из горячей воды без пара, читайте на страницах ГПУ и ГТУ.

Откуда берётся пар и когда он нужен?

У газопоршневой установки пар можно получить только из выхлопа: по данным каталога EPA выхлоп ГПУ даёт пар до 400 psig (около 28 бар), а тепло рубашки низкотемпературное, и пар из него не получить. У газовой турбины пар дают высокопараметрическим котлом-утилизатором. Паровая турбина работает на противодавлении или в отборах и сама требует котла.

Практический вывод: пар оправдан, если его уже потребляет технология. Если нет, проще взять горячую воду рубашки (одноступенчатая машина) или выхлоп напрямую (двухступенчатая на выхлопе): не придётся строить котёл ради холода.

Какие схемы с паром бывают?

ГПУ: пар от котла-утилизатора

Выхлоп двигателя проходит паровой котёл-утилизатор. Пар идёт на технологию завода и в двухступенчатую паровую машину Thermax. Подходит заводу, которому нужен пар.

ГТУ: котёл-утилизатор, пар и теплосеть

После турбины стоит котёл-утилизатор. Он даёт пар на паровую машину Thermax и горячую воду в теплосеть. Так один источник закрывает и тепло, и холод.

Какие паровые машины Thermax бывают?

Расход пара: у двухступенчатой около 1,08 кг/ч на 1 кВт холода, у одноступенчатой около 2,4 кг/ч. Холодная вода стандартно до +1 °C (до −2 °C на гликоле), охлаждающая вода от 10 °C. Подробности о сериях на странице АБХМ Thermax.

Что требуется от пара и конденсата?

Паровая машина требовательнее к обвязке, чем машина на горячей воде. Типичные ошибки проектирования:

1. Пар не сухой. Нужен сухой насыщенный пар со степенью сухости 0,99, а котлы дают 0,95–0,97. При 0,95 теряется около 4,2 % тепла, а седло клапана работает у края. Нужен сепаратор со своим конденсатоотводчиком до фильтра и клапана.

2. Перегрев выше 10 °C. Нужен пароохладитель с автоматическим регулированием, иначе эрозия и нарушение режима.

3. Конденсатоотводчик подобран по диаметру патрубка. Его ставят на расход пара с запасом в 1,5 раза и не менее чем на 0,3 м ниже выхода генератора, с вакуумным прерывателем. Иначе конденсат копится в генераторе и приводит к гидроударам.

4. Конденсат сбрасывают в канализацию. Пример из методики: 3499 кг/ч конденсата при 90 °C против подпитки при 10 °C это потеря 326 кВт тепла и 3,5 тонны подготовленной воды в час. Конденсат возвращают. Возврат при 130 °C вместо 90 °C увеличивает расход пара примерно на 8 %.

5. Пуск. Паровой клапан открывают постепенно в первые 10 минут. При перепаде 21 кПа на клапане без ограничения машина берёт пара на 50 % больше номинала, и котельную надо предупредить.

Пар выше 0,07 МПа относится к оборудованию под давлением (ФНП ОРПД), это отдельные требования Ростехнадзора. Остальные ошибки на стыке генерации и холода разобраны на странице «Почему тригенерация не окупается». За холодовой контур и стык с источником тепла отвечает «Энергия холода».

Где у нас работает машина на паре?

Завод «Сыры Кубани» в Краснодарском крае, один из многих наших объектов: АБХМ Thermax на паре, 3500 кВт, режимы 12/7 и 6/2 °C. Заводу нужна ледяная вода на технологию. Письмо завода подтверждает выход до 2 °C и заявленные на пусконаладке характеристики, машина поставлена за 20 недель. В энергоцентре завода четыре ГПУ MTU по 1948 кВт. Откуда идёт пар, здесь не описываем. Карточка объекта и видео на Rutube.

Какие мировые примеры с паром есть?

В Барселоне 4 электрических чиллера работают вместе с паровыми машинами, а резервом служит газовый котёл 20 МВт. Бак холода на 5000 куб. м сглаживает пики. Проект 2004 года, данные заявлены самими операторами. Паровая машина не обязана стоять на двигателе: подойдёт любой дешёвый пар.

Хотите выяснить, есть ли у вашего завода пар для холода? Закажите расчёт ТЭО или посчитайте на калькуляторе. Паровые машины, оборудование NCT и обвязка собраны на colden.ru.

Источники

• EPA, Catalog of CHP Technologies, сентябрь 2017: https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-07/documents/catalog_of_chp_technologies.pdf
• DOE, Absorption Chillers for CHP Systems, DOE/EE-1608, май 2017: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/06/f35/CHP-Absorption%20Chiller-compliant.pdf
• Construction21, Districlima, Барселона: https://www.construction21.org/espana/city/h/districlima-urban-network-of-heat-and-cold-in-barcelona-and-sant-adria-de-besos.html
• Каталог АБХМ Thermax; материалы Thermax по проектам тригенерации (Moser Baer, Doherty).