Симбиоз двух производств

Экологические проблемы – выброс углерода и других горючих веществ в атмосферу, экономическая неэффективность – бесполезная трата огромного количества тепла в технологическом процессе – вот несколько причин, по которым новая теплоэлектростанция мощностью 490 МВт будет расположена на сталелитейном заводе. Источником электроэнергии станут выбрасываемые горючие газы и тепло, которое рассеивается при плавке металла и коксовании.

Стоимость ископаемого топлива все увеличивается, количество соединений углерода, которые выбрасываются в атмосферу, также растет, поэтому многие компании стараются использовать дополнительные источники энергии. Например, рассеиваемая в различных технологических процессах энергия используется не эффективно или просто обогревает окружающую среду. Новая электростанция мощностью 490 МВт, расположенная на сталелитейном заводе будет вносить свой вклад в систему энергообеспечения завода. Источником электроэнергии станут выбрасываемые горючие газы и тепло, которое рассеивается при плавке металла и коксовании. Использованные технологии будут полезны и на других производствах, которые выбрасывают горючие газы с малой теплотой сгорания.

Новую электростанцию компания ThyssenKrupp Companhia Siderurgica do Atluntico (CSA) строит в промышленном районе Санта Круз на берегу бухты Сепетиба (Sepetiba), Рио-де-Жанейро. Планируется запустить производство в начале 2009 года и ежегодно производить 5 млн. тонн сырой стали. Практически вся продукция будет перевозиться на заводы ThyssenKrupp в Европе и Северной Америке для прокатки и дополнительной обработки. „В связи с ростом ЕС и рынка NAFTA возросла потребность в высококачественной углеродистой стали, чтобы ее удовлетворить, нам нужно больше сырой стали”– заявил доктор Карл-Ульрих Кохлер (Dr. Karl-Ulrich Kuhler), председатель исполнительного совета ThyssenKrupp Steel AG.

Сталелитейный завод и электростанция строятся одновременно. В соответствии с договором подряда, производство “под ключ”, проектирование и поставку оборудования для электростанции будет осуществлять компания Almstor Power. Планируется реализовать технологию с комбинированным циклом на основе двух газовых и одной паровой турбины для привода двух генераторов мощностью 90 МВт и одного на 320 МВт соответственно с суммарной полезной мощностью 490 МВт. Сначала паровая турбина будет работать на паре от котлов, а газовые турбины – по простому циклу для скорейшего получения энергии. По завершении строительства турбины перейдут на комбинированный режим работы.

Каждая из трех турбин размещена в своем собственном здании с подведенными трубопроводами и электрическими соединениями. Источник: Alstom

Рис. Каждая из трех турбин размещена в своем собственном здании с подведенными трубопроводами и электрическими соединениями

 

Эффективность комбинированного цикла

Эффективность двух типов турбин в комбинированном цикле выше, чем при их отдельном использовании. Первая стадия цикла – газовая турбина, питающая генератор.Температура выходящего газа очень большая, он содержит много энергии, которую невозможно получить с помощью этой турбины. В комбинированном цикле выходящий газ проходит через теплоприемник парового генератора, который приводит в действие паровую турбину и генератор. Эффективность использования тепла в комбинированном цикле достигает 50 – 60%. Для сравнения, коэффициент полезного действия обычной угольной теплоэлектростанции не более 35-40%.

На электростанции CSA установлены две газовые турбины Alstom GT11N2 LBTU,которые предназначены специально для работы на газе с низкой теплотой сгорания. Компрессионная часть состоит из 14 секций, 3 из которых – с регулируемыми направляющими аппаратами. Они используются при запуске турбины и способствуют работе при неполной загрузке. Конструкция последней из 4 секций турбины разработана специально для соединения с отводящим глушителем, который передает пар в теплоотборник генератора.

Верхняя камера сгорания способна работать на топливе с теплотой сгорания до 950 БТЕ/фунт (британская тепловая единица) или 2200 кДж/кг без добавления более энергоемкого топлива. (Для сравнения: теплота сгорания стандартного топлива 18000 – 20000 БТЕ/фунт). Выбросы NOx контролируются водой или паром, который вводится в компрессор по мере необходимости.

Верхняя оболочка газовой турбины опускается на место. Сжигатель силоса монтируется на отверстии в верхней части. Источник: Alstom

Рис. Верхняя оболочка газовой турбины опускается на место. Сжигатель силоса монтируется на отверстии в верхней части

Объем выбрасываемых топочных газов огромен, но горючих компонентов среди них мало. Из-за трудностей утилизации энергии на большинстве заводов они считаются отходами производства. По большей части эти газы состоят из азота и углекислого газа, основной источник энергии при сгорании – это монооксид углерода и небольшие примеси метана и водорода. Для запуска цикла используется природный газ. Выходные газы из каждой турбины направляются в отдельный горизонтальный двухпоточный парогенератор без промежуточного перегрева. Получающийся пар используется в комбинированном цикле.

Паровая турбина состоит из трех секций: одной высокого сжатия и двух двупоточных низкого. В нее поступает отработанный пар из парогенераторов и дополнительно 551 тонна в час от котлов коксовальных печей. Благодаря двум источникам пара ее эффективность выше, чем у обычной газовой турбины. Для работы большей части электростанции хватило бы газа от котлов коксовальных печей, парогенераторы дают дополнительнo 10% мощности.

На этом изображении показан сжигатель силоса. Входное отверстие для воздуха и генератор находятся в правой части, а выводная труба к генератору пара – слева. Источник: Alstom

Рис. Сжигатель силоса. Входное отверстие для воздуха и генератор находятся в правой части, а выводная труба к генератору пара – слева

“Использовать газ, который обычно выбрасывается, выгодно не только экономически, но и экологически” – говорит Филипп Джуберт (Philippe Joubert), президент Alstom Power Systems. Этот проект подтвердил возможность Alstom создать эффективную, интегрированную, экологически чистую электростанцию на низкоэнергетических газах.

Охлаждение выходящего водяного пара происходит в водяном конденсаторе за счет расположенного рядом естественного источника, а не башни охлаждения. Газовая и паровая турбины приводят в действие турбогенераторы Topair с воздушным охлаждением, которые конструктивно проще генераторов с водородным охлаждением.

Для непрерывной и бесперебойной работы процесса требуется сложная система управления со многими параметрами. В качестве распределенной системы управления выбрана платформа Amstol Alspa. Эта платформа – ключевой элемент в интеграции масштабного управления, который позволяет провести всю работу: от начальных консультаций до сдачи конструкции“под ключ”.

Архитектура платформы Alspa разработана специально для электростанций и уже включает в себя функции управления сгоранием, паровыми котлами, турбинами, протекающим газом, уровнем NOx и SОx и другими критически важными процессами. Эта система применялась на всех типах электростанций: от атомной до гидро. Объединение контроллеров в сеть Ethernet Powerlink обеспечивает высокую скорость и точность обмена данными, функции обеспечения безопасности и подключение устройств ввода/вывода. Платформа соответствует SIL3 (класс надежности) и имеет тройную систему безопасности для турбин и паровых котлов.

Компания Alstom – создатель 350 электростанций по всему миру, в том числе и нескольких нестандартных. Например, электростанция Нейрата (Neurath plant) в Германии – крупнейшая в мире электростанция на перегретом паре на буром угле с мощностью 2×1,1 ГВт. Также компания установила огромную турбину мощностью 1750 МВт для атомной электростанции во Фламанвиле (Flamanville), Франция. Компания заслужила свою репутацию, благодаря использованию альтернативных источников энергии, высокоэффективных технологий и надежных средств управления.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.