Двигун внутрішнього згорання

Широке поширення при будівництві міні-ТЕЦ отримали агрегати на основі поршневих двигунів внутрішнього згоряння.

У РФ на сході країни і на північних територіях використовувалися близько 47 тис. Електростанцій на основі дизель-генераторних установок, що працюють як в основному режимі, так і в якості резервних агрегатів. Дизельний двигун працює по циклу Дизеля (адіабатне розширення і стиснення, ізобарний підведення і відведення теплоти). Процес підведення теплоти відбувається при мимовільному займанні паливо-повітряної суміші в процесі її стиснення. Паливо - дизельне різних марок: арктичне, зимовий, літній (відмінність у в'язкості при низьких температурах).

Вироблена дизель-генератором електроенергія досить дорога, але в тих регіонах, де немає централізованого електропостачання та місцевих видів палива, інших варіантів поки немає. Можна поліпшити ці показники за рахунок виробництва теплової енергії, але в більшості випадків теплове навантаження або відсутня, або незначна.

В останні 20 років надзвичайно широке застосування отримали газопоршневі агрегати (ГПА) з утилізацією теплової енергії. Двигуни ГПА є двигунами внутрішнього згоряння, що працюють, як правило, по циклу Отто (адіабатне розширення і стиснення, ізобарний відведення тепла, Ізохоричний підведення тепла). Запалювання паливо-повітряної суміші проводиться за допомогою іскри електричної свічки.

У ГПА є безліч плюсів.

1. Високий ККД простого циклу - від 30 до 48,6%.
2. При утилізації теплової енергії різних систем агрегату коефіцієнт використання палива знаходиться на рівні 80-90%.
3. Ці агрегати мають високий ресурс до капремонту порядку 40000-80000 годин, загальний моторесурс сягає 300000 годин. Особливо високий ресурс у малооборотних двигунів зі швидкістю обертання 500 і 750 об / хв.
4. Одинична потужність агрегатів від 20 кВт до 18,3 МВт, хоча більшість виробників випускає агрегати в сотні кВт і до 2 МВт.
5. Агрегати невеликої потужності можуть розміщуватися в контейнерах (блокових укриттях з необхідними інженерними системами), що мають габарити, які дозволяють здійснювати їх перевезення автомобільним і залізничним транспортом в зібраному вигляді.
6. При зміні температури зовнішнього повітря к.к.д. простого циклу змінюється менш сильно, ніж для ГТУ.
7. ГПА можуть працювати на різних газах: пропан-бутанових сумішах; природному газі (скраплений, стиснений, магістральний); попутному газі нафтових свердловин; промисловому газі (піролізний, коксовий), шахтному метані, біогазі і т.д.
8. Для роботи ГПА досить тиску газу на вході 0,3 МПа, тобто, зазвичай відсутня необхідність в дотискній компресорної станції.

У той же час у ГПА є і мінуси.

1. Значна кількість різних систем утилізації теплової енергії з різними температурами теплоносія: відвід теплоти від сорочки двигуна, від системи маслоснабжения, від системи турбонаддува (він застосовується для агрегатів значної потужності), від відхідних газів ускладнює компонування станції і її експлуатацію.
2. При тимчасовій відсутності або зниженні потужності теплового споживача перших трьох систем необхідно передбачати відведення теплоти за допомогою окремих теплообмінних апаратів, що виконують роль аварійних охолоджувачів. В результаті є великий парк різного теплообмінного устаткування, з'являється необхідність застосування незамерзаючої теплоносія (антифризу) з введенням проміжних контурів охолодження.
3. У зв'язку з відсутністю вибору вітчизняної техніки, застосовуються ГПА зарубіжного виробництва, для їх роботи використовується дороге масло. Особливість роботи ДВС полягає в тому, що велика кількість масла вигорає, потрібно його поповнення.
4. У підсумку, значні витрати при роботі ГПА мають місце на масло, заміну свічок запалювання, кілець поршнів, масляних і повітряних фільтрів, антифризу, на сервіс при укладанні сервісного договору.
5. Досить значний вміст NOx і CO у вихлопних газах, в зв'язку з цим потрібно робити високі димові труби, або взагалі відмовлятися від цих технологій, якщо фонові концентрації вже перевищують гранично допустимі значення шкідливих речовин в атмосферному повітрі.
6. Один з найголовніших недоліків ГПА - це вимога більшості виробників по тривалій роботі на потужності не менше 50% номінальної потужності агрегату. Це означає, що при змінному графіку роботи підприємства по споживаної електричної потужності необхідно встановлювати агрегати або для базової частини навантаження, або потрібно ставити частина агрегатів малої потужності, що призводить до подорожчання міні-ТЕЦ і до створення системи управління роботою декількох агрегатів.
7. При автономній роботі агрегату є жорсткі обмеження по динаміці набору і скидання навантаження.

На малюнках наведено типові теплові схеми ГПА (варіант 1 і варіант 2), ДГ.

На кресленнях наведені установки контейнерної компонування ГПА простого циклу і з утилізацією тепла ВАТ «Волзький дизель ім. Маминих »Охолоджувачі знаходяться на даху будівлі.

Контейнерна компонування застосовується, в основному, в північних і східних районах при будівництві станції далеко від житлової забудови.

У містах зазвичай ГПА розміщуються в машзалі. Нерідко енергоджерело на базі ГПА містить в своєму складі пікові котли, які забезпечують відсутню теплову потужність для відпуску теплової навантаження енергоджерела заводу або муніципального підприємства. Іноді ГПА інтегрують в теплову схему існуючої котельні. Теплова енергія утилізації ГПА використовується для підігріву зворотної мережної води або приготування навантаження ГВП, рідко - для вироблення технологічної пари або сушіння будь-яких матеріалів.

Приклад такого розміщення ГПА і допоміжного обладнання показаний на кресленнях фірми Wartsila.

Типова компоновка будівлі електростанції - план , розріз .

Каталог продукції 2012 р .

Брошура Wartsila Gas Power plants .

Так як ГПА і ГТУ є конкурентами в боротьбі за замовника, то між ними ведеться стійка і тривала боротьба з докладним описом взаємних недоліків і звинуваченнями у приховуванні реального стану справ протилежною стороною. Приклад такого суперництва . Цілком очевидно, що можна використовувати і ту і іншу техніку, але при проектуванні необхідно чітко уявляти плюси і мінуси і умови її застосування на об'єкті, що проектується. Власники станцій можуть в подробицях розповісти про плюси і мінуси, але більшість з них навряд чи шкодує про те, що вибрали конкретний вид обладнання.

Виробники ГПА

вітчизняні заводи

ВАТ «РУМО» (Російські мотори, м Нижній Новгород).

Технічні характеристики випускаються агрегатів наведені в таблиці. Параметри Марка електроагрегату Електроагрегат: 6ДГ22Г2 8ДГ22Г2 6ДГ22Г1 8ДГ22Г1 Потужність, кВт 630 800 800 1000 Частота обертання, об / хв 750 1000 Рід струму Змінний трифазний Частота струму, Гц 50 Напруга, В 400 або 6300 400, 6300 або 10500 Суха маса, т 21, 0 25,0 21,0 25,0 Двигун:
Тип двигуна 6Г22Г2 8Г22Г2 6Г22Г1 8Г22Г1 Чотиритактний, рядний, вертикальний, тронкових, нереверсивний газовий двигун з форкамерно-факельним електронним запалюванням, газотурбінним наддувом і охолодженням наддувочного повітря Номінальна потужність, кВт 663 842 842 тисяча п'ятьдесят два Максимальна потужність, кВт 693 872 872 1157 Кількість циліндрів 6 8 6 8 Діаметр циліндра, мм 220 220 220 220 Хід поршня, мм 280 280 280 280 Частота обертання, об / хв 750 750 1000 1000 Середня швидкість поршня, м / сек 7,0 7,0 9,3 9,3 Ступінь стиснення 10 , 5 10,5 10,5 10,5 Паливо Природний газ ГОСТ5542-87 з теплотворною здатністю 7500 ... 8600ккал / м3 Але номінальних тиск паливного газу, не менше, МПа (кгс / см2) 0,3 (3,0) 0,3 (3,0) 0,3 (3,0) 0,3 (3,0) Часовий витрата палива на номінальному навантаженні, нм3 / год ** 173 220 220 274 ​​* Питома витрата масла на чад, г / кВтг 0,9 0,9 0,9 0,9 Суха маса, т 14,0 17,5 14,0 17,5 ресурс до кап. ремонту, тис. год 70 70 60 60

Каталог ВАТ «РУМО» 2009 р .

ТОВ "Конверт" (м Коломна) - 7ГМГ - потужністю 800 кВт (мінімум при тривалій роботі 120 кВт), 8ГМГ - потужністю 1180 кВт (мінімум при тривалій роботі 300 кВт). Ресурс - до капремонту 80000 годин.

Технічні характеристики газових мотор-генераторів ТОВ «Конверт» .

Довідка по перебувають в роботі дизель-генераторів ТОВ «Конверт» .

Звідси видно, що в якості палива використовуються нафту, дизпаливо, суміш рідкого палива з попутним нафтовим газом, або з природним газом, природний газ.

Барнаултрансмаш

Агрегати одиничною потужністю 100 кВт, 200 кВт, 250 кВт ККД на рівні 30%, коефіцієнт використання палива - на рівні 60%, ресурс до капремонту 20000 годин, повний ресурс 40000-60000 годин.

Газопоршнева електростанція Барнаултрансмаш МТП-100/150 .

Газопоршнева електростанція Барнаултрансмаш МТП-315/400 .

«АЛТАЙ-ДІЗЕЛЬЕНЕРГО» - виробник газових електростанцій і когенераційних установок (тепло, що випромінюється двигуном утилізується - загальний ККД більше 80%) з Алтайського краю.

ГЕУ-100, ГЕУ-200 аналоги агрегатів Барнаултрансмаш.

БЕМЩ (ЗАТ «Баранчінскій електромеханічний завод)» - виробник газових електростанцій і когенераційних установок (тепло, що випромінюється двигуном утилізується - загальний ККД більше 80%) з Свердловської області.

У 2003 році Баранчінскій електромеханічний завод приступив до виробництва міні-теплоелектростанцій (МТЕС), які відносяться до класу когенераційних установок.

МТЕС-100/150; 100 кВт (е), 150 кВт (т).

ВДМ (ВАТ «Волзький дизель ім. Маминих») - виробник газових електростанцій і когенераційних установок (тепло, що випромінюється двигуном утилізується - загальний ККД більше 80%) з Саратовської області.

Випускають власні агрегати потужністю 500, 600 кВт і агрегати на базі німецьких MTU і Detroit Diesel 1000 і 1500 кВт, американських ГПА Waukesha - чотири типорозмірний ряди від 65 кВт до 3250 кВт. тривалий термін експлуатації (гарантований ресурс до 1-ої перебирання - 40 000 годин, до капремонту - не менше 180000 годин, повний - 300 000 годин);

ВЗКО (ЗАТ «Верхньопишмінського завод компресорного устаткування») - виробник газових електростанцій і когенераційних установок (тепло, що випромінюється двигуном утилізується - загальний ККД більше 80%) з Свердловської області. 100 кВт (е), 150 кВт (т).

ЗАТ ФПК «Рибінсккомплекс» - виробник газових електростанцій.

Використовуються як основний і резервний джерело електропостачання. Встановлюються в закритих приміщеннях, або швидкомонтованих будівлях на бетонний фундамент. В якості двигуна застосовується газові двигуни, в тому числі виробництва Ярославського моторного заводу з форкамерно-факельним іскровим запалюванням.

Газопоршневі електростанції працюють на природному газі, а також на попутному газі з мінімальним вмістом метану 70%, найбільша масова частка вмісту сірководню до 0,2%.

Мощностной ряд АГП-30 ... .АГП-350 від 30 кВт (е) до 350 кВт (е).

ВАТ "Сатурн-Газові турбіни" - виконує пекідж на базі Енбахер , МТУ, Катерпиллар блокові установки від 0,5 до 4,3 МВт.

Двигуни MTU:

Двигуни MWM:

Двигуни Caterpillar:

Когенераційна генераторна установка з газовим двигуном G3520C .

ТОВ АРЗ «Сінтур-НТ» - виробник газових електростанцій і когенераційних установок (тепло, що випромінюється двигуном утилізується - загальний ККД більше 80%) з Свердловської області.

Газопоршневі електростанції ТОВ АРЗ «Сінтур-НТ» випускаються в трьох модифікаціях:

Потужність від 75 до 300 кВт (е).

Практичні рекомендації ТОВ АРЗ «Сінтур-НТ» .

УДМЗ (ТОВ «Уральський дизель-моторний завод») - виробник газових електростанцій і когенераційних установок (тепло, що випромінюється двигуном утилізується - загальний ККД більше 80%) з Свердловської області.

Агрегати потужністю від 100 до 200 кВт.

Зарубіжні виробники

Набагато більш широка номенклатура ГПА з більш високими характеристиками проводиться зарубіжними фірмами.

На нашому ринку відома наступна продукція.

1. Газопоршневі електростанції Buderus (50-238 кВт)
2. Газопоршневі електростанції Caterpillar (64-3860 кВт)
3. Газопоршневі електростанції Cummins (16-2000 кВт)
4. Газопоршневі електростанції EC Power (4-15,2 кВт)
5. Газопоршневі електростанції Elteco (3,8-3916 кВт)
6. Газопоршневі електростанції FG Wilson (10-1000 кВт)
7. Газопоршневі електростанції GE Jenbacher (312-4034 кВт)
8. Газопоршневі електростанції Generac Power Systems (44,8-160 кВт)
9. Газопоршневі електростанції Guascor (142,8-1204 кВт)
10. Газопоршневі електростанції Kawasaki (5200-7800 кВт)
11. Газопоршневі електростанції Kohler Power Systems (6,3-668 кВт)
12. Газопоршневі електростанції KORNUM (118-3200 кВт)
13. Газопоршневі електростанції MaK (6520 кВт)
14. Газопоршневі електростанції MAN (47-8100 кВт)
15. Газопоршневі електростанції Mitsubishi (3800-5750 кВт)
16. Газопоршневі електростанції Motorgas (36-3200 кВт)
17. Газопоршневі електростанції MTU (116-1948 кВт)
18. Газопоршневі електростанції MWM (Deutz Power Systems) (400-4300 кВт)
19. Газопоршневі електростанції Perkins (307-1008 кВт)
20. Газопоршневі електростанції Rolls-Royce (2425-8500 кВт)
21. Газопоршневі електростанції Tedom (23-5900 кВт)
22. Газопоршневі електростанції Viessmann (18-402 кВт)
23. Газопоршневі електростанції Wartsila (4040-8730 кВт)
24. Газопоршневі електростанції Waukesha (75-3250 кВт)
25. Газопоршневі електростанції Yanmar (5-25 кВт)

У вітчизняних ГПА витрата масла на чад близько 1 г на вироблений кВт ∙ г, у західних - близько 0.3 г / (кВт ∙ год). Ресурс агрегатів російських виробників істотно менше.

Застосовуються також двопаливними двигуни - газодизельні. Порядку 20% по калорійності використовується дизельне паливо в якості запального, іноді сира нафта, інші 80% - паливний газ.

Двопаливними електростанції (імпорт)

1. Двопаливними електростанції Niigata Power Systems (825-5255 кВт)
2. Двопаливними електростанції Wartsila (6080-16621 кВт)

Двопаливними електростанції (Росія)

1. Двопаливними електростанції ВДМ (520 кВт)
2. Двопаливними електростанції ВАТ «Коломенський завод» (1000-1650 кВт)
3. Двопаливними електростанції РУМО (800-1000 кВт)
4. Двопаливними електростанції Сінтур-НТ (75-140 кВт)

У комплект поставки може бути включено допоміжне обладнання, що забезпечує роботу силового агрегату, в тому числі окремі модулі повітряного охолодження або утилізації тепла, установки підготовки нафти, окремі модулі управління, побутові модулі та ін. Для забезпечення вироблення теплової енергії силові агрегати можуть комплектуватися котлами-утилізаторами тепла відпрацьованих газів, а також обладнанням утилізації тепла теплоносіїв первинного двигуна. В результаті загальний коефіцієнт використання палива може становити 80-85%.