Уфимская ТЭЦ-3 ООО «БГК»

СЕКЦИЯ: Повышение энергетической эффективности действующего

оборудования, его надежности и безопасности за счет развития

инфраструктуры в условиях импортозамещения

ТЕМАТИЧЕСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ: Повышение эффективности

работы действующего оборудования

КОНКУРСНАЯ РАБОТА

«Модернизация тепловой схемы Уфимской ТЭЦ-3 ООО «БГК» с

установкой паровинтовой машины»

Автор: Шевченко Николай Павлович-

ведущий эксперт турбинного цеха

Уфимской ТЭЦ-3 ООО «БГК»

Куратор: Кремер Алексей Владимирович -

начальник ПТО Уфимской ТЭЦ-3

Уфа, 2015 г.

2

Оглавление

Введение 3

I Повышение энергетической эффективности действующего оборудования, его

надежности и безопасности за счет развития инфраструктуры в условиях

импортозамещения

4

1 Характеристика оборудования Уфимской ТЭЦ-3 5

1.1 Общие сведения об Уфимской ТЭЦ-3 5

1.2 Описание основного и вспомогательного оборудования турбинного цеха

Уфимской ТЭЦ-3

5

1.2.1 Краткое описание технологического процесса редукционно-

охладительной установки 18/8 №№ 1, 2

6

1.3 Повышение эффективности работы действующего оборудования турбинного

цеха Уфимской ТЭЦ-3

6-7

II Модернизация тепловой схемы ТЭЦ-3 с установкой на базе паровой винтовой

машины

7

2 Обоснование выбора в пользу установки паровинтовой машины в турбинном

цехе Уфимской ТЭЦ-3

7-9

2.1 Модернизация тепловой схемы ТЭЦ-3 с установкой на базе паровой винтовой

машины

9

2.2 Устройство и работа энергетической установки паровой винтовой машины 9-13

2.3 Технические характеристики паровинтовой машины Уфимской ТЭЦ-3 13-14

3 Технико-экономические показатели проекта модернизации тепловой схемы

Уфимской ТЭЦ-3 на базе ПВМ

14-15

3.1 Расчет экономической эффективности и срока окупаемости проекта 15-17

4 Оценка воздействия на окружающую среду путем модернизации тепловой

схемы ТЭЦ-3 установки паровой винтовой машины

18

III Область применения паровинтовых машин 19

5 Потенциальные потребители ПВМ и энергоустановок на базе ПВМ 19

5.1 Пример внедрения ПВМ на Уфимскую ТЭЦ-4 ООО «БГК» 19-20

5.1.1 О результатах внедрения паровой винтовой энергетической установки

ПВМ-2000АГ–1600 на Уфимскую ТЭЦ-4

20-21

6 Наличие ПВМ российского производства и аналоги зарубежных

производителей паровинтовых генераторных агрегатов

21-22

Заключение 23

Список использованной литературы 24

Приложение 1. Принципиальная схема РОУ 18/8 №1 и №2

Приложение 2. Принципиальная схема ПВМ

Приложение 3. Затраты на ремонт и техническое обслуживание ПВМ-2000 на

Уфимской ТЭЦ-4 за 2014 г.

Приложение 4. Оценочный расчет экономической эффективности внедрения

ПВМ

3

Введение

На сегодняшний день существует объективная необходимость внедрения

передовых технологий в энергосистему для повышения эффективности производства,

снижения удельных затрат и энергосбережения ресурсов.

В предпринимательской среде республики Башкортостан есть малые

предприятия, ориентированные на опытно-конструкторскую и производственную

деятельность и способные создавать в рыночных условиях конкурентоспособный,

востребованный продукт. Финансовый кризис внес свои коррективы. В условиях

импортозамещения, повышения энергетической эффективности действующего

оборудования, путем создания новых отечественных технологий в области

производства электрической и тепловой энергии, определяют уровень научно-

технологического развития и устойчивости бизнеса энергосистемы.

Целью данной работы является усовершенствование тепловой схемы

Уфимской ТЭЦ-3 путем модернизации оборудования на базе энергетической установки

паровой винтовой машины, которая приведет к повышению энергосбережению,

безопасности, надежности и экологичности.

Благодаря усилиям отечественных разработчиков в нашей стране созданы

паровые винтовые машины - действующие работоспособные образцы винтовых

двигателей (по сути является новым типом парового двигателя), в которых в качестве

рабочего тела используется водяной пар. Агрегат объемного типа действия. Назначение

паровой винтовой машины – утилизация избыточной энергии давления пара и

преобразование ее в электрическую энергию. Прогрессивность идеи винтовых машин

заключается в неизменно направленном (вращательном) движении рабочих органов

машины. Отсутствие в ПВМ деталей, совершающих возвратно-поступательно

движение, позволяет реализовать высокие скорости вращения роторов, что

обеспечивает получение относительно высокой производительности при небольших

размерах.

Заслуживает особого внимания паровинтовая машина, так как в ней сочетаются

кластерный подход, энергосберегающая технология и экологическая безопасность, что

на данный момент актуально в проведение модернизации тепловой схемы на ТЭЦ-3

ООО «БГК».

4

ГЛАВА I Повышение энергетической эффективности действующего

оборудования, его надежности и безопасности за счет развития инфраструктуры в

условиях импортозамещения

Система теплоснабжения является значимым и энергоемким сектором

экономики, в котором потребляется примерно 40% используемых в стране

энергоресурсов и, следовательно, задача повышения энергетической эффективности

экономики не может быть решена без повышения энергетической эффективности

теплоснабжения.

Наиболее совершенным методом централизованного теплоснабжения,

обеспечивающим экономичность энергетического производства, является

теплофикация – комбинированная выработка электрической и тепловой энергии,

обеспечивающая более высокую степень экономической эффективности производства

электрической и тепловой энергий по сравнению с их раздельной выработкой. В

России ТЭЦ, которые в теплофикационном режиме вырабатывают как тепловую, так и

электрическую энергию, стали основой централизованного теплоснабжения.

Доминирующая роль теплофикации в теплоснабжении будет сохраняться и в

дальнейшем [2].

Вместе с тем можно отметить, что традиционная система водяного

теплоснабжения не позволяет в полной мере проявить все преимущества

теплофикации. По мнению многих специалистов, «старые решения по эффективности

теплофикации, принятые при низком КПД теплоэнергетических установок, не

соответствуют изменившимся условиям».

Тенденции развития современной энергетики предполагают, что КПД ТЭЦ

будет расти. Причем изменения в энергетике обусловлены не только необходимостью

внедрения передовых энергоэффективных технологий, но зачастую носят

вынужденный характер. Как отмечают многие ведущие специалисты в области

энергетики, большинство ТЭЦ с существующим оборудованием морально и физически

устарели и не соответствуют современным достижениям научно-технического

прогресса. В процессе модернизации ТЭЦ будет происходить внедрение передовых

российских технологий и повышение энергетической эффективности действующего

оборудования, его надежности и безопасности за счет развития инфраструктуры [3].

5

1 Характеристика оборудования Уфимской ТЭЦ-3

1.1 Общие сведения об Уфимской ТЭЦ-3

Уфимская ТЭЦ-3 входит в состав филиала ООО «Башкирской генерирующей

компании» и является одним из источников тепло- и электроснабжения г. Уфа.

Строительство ТЭЦ начато в 1947 году. В октябре 1951 года введены в

эксплуатацию первые агрегаты - паровой котел и турбогенератор. Предприятие

отпускает тепловую энергию в паре и горячей воде на нужды отопления, а также

электрическую энергию. Основными потребителями пара являются предприятия

нефтеперерабатывающей промышленности – ОАО «Уфаоргсинтез» и филиал ОАО

АНК «Башнефть» - «Башнефть-Новойл».

Установленная электрическая мощность на Уфимской ТЭЦ-3 – 95 МВт,

тепловая – 992,8 Гкал/ч. Используется в качестве основного топлива – природный газ, а

в резервном распоряжении – мазут [17].

Основное оборудование ТЭЦ эксплуатируется более 40 лет и имеет износ 50-

90%. Учитывая отсутствия перспектив по поводу новых мощностей, для замены

отработавшей свой срок оборудования, весьма актуальна задача по повышению

энергетической эффективности действующего оборудования и внедрения новых

технологий.

1.2 Описание основного и вспомогательного оборудования турбинного

цеха Уфимской ТЭЦ-3

На сегодняшний день в турбинном цехе Уфимской ТЭЦ-3 установлено 5

турбоагрегатов: Р-10-1,8 ст. № 1, Р-25-90/18 ст. №2, Р-20-9,0/2,0 ст.№3, Р-28/33-8,8/2,1

ст. №4, ПТ-30-90 ст. №5; 3 бойлерные установки теплосети: собственных нужд, города,

«УфаОргСинтез»; деаэраторы атмосферного типа – 4 штуки (типа ДСА-250 – 3 штуки,

типа ДСП-320 – 1 штука), деаэраторы 6 ата – 8 штук (типа ДСБ-2 – 5 штуки, ДСП-320 –

3 штуки), редукционно-охладительные установки БРОУ 100/21 №№ 1, 2, РОУ 100/18

№№ 1, 2, РОУ 18/8 №№ 1, 2, РУ 8/1,2 №1, 2; подогреватели, питательные насосы – 7

штук (типа 5Ц-10 – 1 штука, типа ПЭ-270-150-3 – 6 штук) и другое насосное

оборудование.

6

1.2.1 Краткое описание технологического процесса редукционно-охладительной

установки 18/8 №№ 1, 2

На Уфимской ТЭЦ-3 для подогрева питательной воды в деаэраторах 6 ата и

удаления из нее газов (в частности кислорода и углекислоты), которые способствуют

коррозии металла, что приводит к быстрому выходу из строя поверхностей нагрева

котлоагрегата, используют пар 6 ата. В зимнее время источником пара 6 ата является

паровая турбина ПТ-30-90, в летнее – редукционно-охладительные установки РОУ 18/8

№№ 1, 2. Принципиальная схема редукционно-охладительной установки РОУ 18/8

№№ 1, 2 приведена в Приложение 1.

Пар 18 ата, проходя через РОУ 18/8 №№ 1, 2, дросселируется, снижает свою

температуру до установленных пределов за счет подачи питательной воды с давлением

48 кгс/см2

и подается на деаэраторы Д6 ата. Параметры РОУ 18/8 №№ 1, 2: на входе Т =

340 10 0С, Р = 16,5 0,5 кгс/см

2; на выходе Т = 235 10

0С, Р = 6,5 0,5 кгс/см

2.

Производительность каждой редукционно-охладительной установки 54 т/ч.

1.3 Повышение эффективности работы действующего оборудования

турбинного цеха Уфимской ТЭЦ-3

Повышение эффективности производства энергии всегда являлось

приоритетным направлением исследований в энергетике. Провал в развитии отрасли в

девяностых годах прошлого века серьезно отразился на состоянии энергетики. Новые

современные технологии и оборудование практически не внедрялись на

энергетических предприятиях, серьезно сократился ввод новых генерирующих

мощностей. При этом переход к рыночным отношениям и подходы к регулированию

тарифов в настоящее время не позволяют в достаточной степени производить

обновление производственных фондов. Оборудование, используемое на

электростанциях, зачастую выработало свой парковый ресурс, морально и физически

устарело, имеет низкие экономические и экологические характеристики. В такой

ситуации, усугубляющейся постоянным дефицитом финансовых ресурсов, необходимо

искать пути увеличения эффективности производства при малых капитальных

вложениях [1].

Возрастает интерес к улучшению характеристик действующего оборудования

на электростанции.

7

Основным недостатком использования РОУ 18/8 №№ 1, 2 заключается в

дросселировании пара, так как это приводит к потере его работоспособности.

Ниже рассмотрим вариант модернизации тепловой схемы РОУ 18/8 №№ 1, 2

Уфимской ТЭЦ-3 на базе паровинтовой машины.

ГЛАВА II Модернизация тепловой схемы Уфимской ТЭЦ-3 с установкой

паровой винтовой машины

2 Обоснование выбора в пользу установки паровинтовой машины в

турбинном цехе Уфимской ТЭЦ-3

Задача энергосбережения в современных условиях с каждым днем становится

актуальней.

Наиболее привлекательными по совокупности свойств в диапазоне мощности

200-1500 кВт являются паровые винтовые машины (ПВМ). Паровая винтовая машина

по сути является новым типом парового двигателя. ПВМ разработана в России. На

конструкцию ПВМ, ее узлов и систем получено свыше 20 патентов в России и за

рубежом. В данном диапазоне мощности ПВМ практически по всем показателям

значительно превосходит обычную лопаточную паровую турбину [14].

Требованиям к эффективной утилизации избыточной энергии дросселируемого

пара при его подаче на технологические нужды и получение механической энергии,

которую можно использовать для выработки электроэнергии удовлетворяет установка,

разработанная компанией ООО «ВМ-Энергия» - Паровинтовой агрегат мощностью

1300 кВт [9].

Паровая винтовая машина конструктивно отличается от лопаточных турбин и

других решений. Прогрессивность идеи винтовых машин заключается в неизменно

направленном (вращательном) движении рабочих органов машины. Отсутствие в ПВМ

деталей, совершающих возвратно-поступательно движение, позволяет реализовать

высокие скорости вращения роторов, что обеспечивает получение относительно

высокой производительности при небольших размерах [10].

Основное преимущество энергоустановки с ПВМ по сравнению с имеющимися

на рынке паротурбинными энергоустановками заключается в следующем:

существующие установки спроектированы практически на одно единственное

сочетание расхода и давлений пара на входе в машину и на выходе из нее. Данное

8

сочетание условий по пару определяет мощность машины. Конструкция ПВМ

позволяет в широком диапазоне приспосабливаться к конкретным условиям

предприятия и, как следствие, может покрывать диапазон мощности 200–1000 кВт [11].

ПВМ как паровой двигатель в диапазоне мощности 250-1000 кВт обладает

значительными техническими преимуществами перед паровой турбиной:

высокий внутренний относительный КПД в широком диапазоне нагрузок;

неприхотливость к качеству пара, может быть любой влажности, а также

содержать твердые частицы;

маневренность, быстрый пуск и останов;

большой диапазон регулирования мощности (20...100 %);

постоянство крутящего момента на выходном валу по оборотам;

высокая динамика и управляемость, допустимы частые остановы агрегата

ПВМ, вызванные производственной необходимостью;

эксплуатационная надежность: высокий общий срок службы, высокая

ремонтопригодность за счет простоты конструкции, высокий ресурс до

капремонта в виду отсутствия эрозионного и механического износа винтовых

роторов, а также наличия механизма разгрузки упорных подшипников от

чрезмерных осевых усилий;

компактность, малая масса агрегата на базе ПВМ;

простота эксплуатации: машина не содержит узлов, подлежащих точной

регулировки в процессе эксплуатации, требующих сложного обслуживания;

низкая нагрузка на фундамент: вращение роторов в противоположные

стороны обеспечивает уравновешенную работу машины, минимизирует

вибрацию и силовые воздействия на фундамент;

потенциально высокий ресурс (до 100...150 тыс. час), обусловленный

отсутствием взаимного касания роторов и, соответственно, механического

износа.

снижение затрат на проектные и монтажные работы ввиду малых габаритов и

модульного исполнения агрегата со всеми вспомогательными системами.

меньшая (в 1,5...2 раза) стоимость, чем у лопаточных турбин соизмеримой

мощности;

значительное снижение вредного воздействия на окружающую среду [3,4,8,9].

9

Узлы и детали разрабатываются в пределах нашей республики. Для

эксплуатации ПВМ не требуется дополнительный квалифицированный технический

персонал (достаточно провести обучение существующего персонала).

2.1 Модернизация тепловой схемы Уфимской ТЭЦ-3 с установкой паровой

винтовой машины

Модернизация тепловой схемы Уфимской ТЭЦ-3 с установкой паровинтовой

машины позволит получать пар 6 ата для собственных нужд и одновременно

дополнительно вырабатывать электроэнергию 1,25 МВт, за счет исключения

дросселирования пара через РОУ 18/8 №№ 1, 2.

Цель данного проекта заключается в получении пара 6 ата для собственных

нужд (СН) и одновременно дополнительной выработки электроэнергии 1,25 МВтч (по

данным расчёта ООО «ВМ-Энергия») за счет полезной утилизации энергии

дросселирования пара с 21 ата до 6 ата.

2.2 Устройство и работа энергетической установки паровой винтовой

машины

Установка представляет собой комплекс, состоящий из агрегата

энергетического и следующих систем:

впуска и выпуска пара;

дренажной системы;

системы смазки;

системы затворной воды;

системы охлаждения;

автоматического управления, контроля и защит;

электросиловой: генератор, выключатель, схемы управления и защиты.

Принципиальная тепловая схема паровинтовой машины приведена в Приложении №2.

Агрегат энергетический состоит из паровой винтовой машины (ПВМ) и

генератора, соединенных компенсирующей муфтой и установленных на бетонном

основании на фундаменте с опорами, раме генератора и опорных плитах.

Компенсирующая муфта закрыта защитным кожухом [8].

Паровая винтовая машина (ПВМ) является ротационной машиной объемного

типа и по принципу действия представляет собой обращенный винтовой компрессор

10

сухого сжатия. Конструктивно ПВМ состоит из корпуса, в котором размещены два

ротора, являющиеся рабочими органами, подшипники скольжения, уплотнения и

другие узлы и детали.

Рисунок 1 - Устройство ПВМ

Корпус ПВМ имеет вертикальные и горизонтальные разъемы и состоит из

корпусов высокого и низкого давления, крышки шестерен, двух крышек упорных

подшипников. Между собой элементы корпуса скреплены штифтами и стяжными

болтами. Корпус крепится к опорам фундамента болтами в 4-х точках. Стыки

уплотнены резиновым шнуром круглого сечения из фторкаучука и графитовой фольгой

ГФГ.

Рисунок 2 - Устройство паровой винтовой машины

11

ПВМ имеет два ротора, один из роторов является ведущим, а другой ведомым.

Каждый ротор в средней части имеет многозаходную винтовую нарезку специального

профиля, причем ведущий ротор имеет 4 зуба, а ведомый – 6. Роторы находятся в

бесконтактном зацеплении друг с другом. Отсутствие контакта между винтовыми

поверхностями двух роторов обеспечивается синхронизирующими шестернями.

Мощность, вырабатываемая ПВМ, передается к генератору от хвостовика ведущего

ротора через компенсирующую муфту. Уплотнение выхода хвостовика через крышку

корпуса осуществляется центробежным уплотнением.

Винты роторов располагаются в цилиндрических расточках корпуса и вместе

образуют одну общую рабочую паровую полость. Рабочая полость с одного конца

сообщается посредством впускного окна с впускным патрубком, а с другого -

посредством выпускного окна – с выпускным патрубком.

Каждый ротор опирается своими концами на опорные подшипники

скольжения, которые воспринимают радиальную нагрузку, действующую на винты

роторов. Положение роторов в осевом направлении относительно корпуса

обеспечивается двухсторонними упорными подшипниками скольжения. К каждому

подшипнику подходят каналы для подвода смазывающего масла.

Для уменьшения осевого усилия на упорные подшипники роторы снабжены

разгрузочными поршнями, расположенными в корпусе высокого давления. С одной

стороны на поршни действует давление впускного пара 21 ата, а с другой – давление

выпускного пара 6 ата. Уплотнение между корпусом и поршнями – лабиринтовое.

Для разделения паровых и масляных полостей ПВМ по валам установлены

двойные торцовые уплотнения. Затворной и охлаждающей жидкостью в уплотнениях

является конденсат турбин.

При работе водяной пар через входной патрубок и впускное окно поступает

под давлением в парные полости, образуемые зубьями винтов роторов и корпусом. В

процессе вращения винтов каждая парная полость отсекается от впускного окна,

увеличивается в объеме, в процессе расширения пара, а затем соединяется с выпускным

окном, через которое отработанный пар поступает в выпускной паропровод. Крутящий

момент, возникающий под действием пара, передается на ведущий вал ПВМ и на

генератор.

12

Начальное заполнение

парной полости

Расширение

пара

Выпуск

отработанного

пара

Рисунок 3 - Схема работы ПВМ

Фундамент с опорами состоит из каркаса и четырех опор, посредством которых

ПВМ крепится к каркасу.

Муфта компенсирующая предназначена для передачи крутящего момента от

ПВМ на генератор, компенсации взаимного перекоса валов ПВМ и генератора.

Система впуска и выпуска пара включает в себя впускной и выпускной

трубопроводы, запорно-регулирующую, технологическую и предохранительную

арматуру.

Если посмотреть на принципиальную тепловую схему (Приложение 2), то

можно увидеть, что пар из трубопровода через главную паровую задвижку с

электроприводом (ГПЗ), клапан-регулятор (КР), клапан-отсекатель (КО) и паровое сито

(ПС) поступает в ПВМ. На выходе из ПВМ пар проходит через обратный клапан (ОК) и

выходную паровую задвижку с электроприводом (ПЗ) и далее поступает к деаэратору.

Параллельно с ГПЗ установлен клапан байпасный (КБ).

Регулировка мощности ПВМ осуществляется при помощи клапана-регулятора

путем изменения расхода пара.

Контроль давления и температуры пара производится электрическими

датчиками давления, манометрами и датчиками температуры.

Система затворной жидкости предназначена для подачи охлажденного

конденсата в торцовые уплотнения для их охлаждения и смазки. Затворная жидкость

подается от коллектора конденсата турбин на уплотнения ПЭН. Пройдя через два

13

фильтра, конденсат проходит через насос затворной воды (НЗВ), или по обводной

линии с обратным клапаном помимо насоса, и поступает на водоохладитель.

Пройдя через водоохладитель, конденсат подается на уплотнения ПВМ. Слив

конденсата с торцовых уплотнений направлен в БНТ-2.

Система охлаждения предназначена для охлаждения:

воздуха в генераторе. Охлаждающая вода подается на газоохладитель

генератора.

масла в масляной системе. Охлаждающая вода подается на маслоохадители

пластинчатого типа.

затворной воды. Охлаждающая вода подается на водоохладитель

трубчатого типа.

Система автоматического управления обеспечивает управлением пуском,

работой и остановом энергоустановки, а также производит аварийную остановку ПВМ

и отключение генератора от сети при возникновении аварийной ситуации.

Масляная система предназначена для обеспечения смазки и охлаждения

подшипников генератора, подшипников и синхронизирующих шестерен паровой

винтовой машины.

Маслосистема включает в себя маслобак, два электронасоса – основной и

резервный, фильтр масляный, два маслоохладителя, гидроаккумулятор, трубопроводы,

запорно-регулирующую арматуру, измерительные датчики [12].

2.3 Технические характеристики ПВМ Уфимской ТЭЦ-3

Установка паровинтовой машины (ПВМ) планируется на линии паропровода

21ата, который соединяется с паропроводом 18 ата через дроссельные клапана по пару

РУ 21/18 №№ 1, 2.

Технические характеристики ПВМ:

- давление пара на входе (абс.) – 2,1 МПа;

- давление пара на выходе (абс.) – 0,6 МПа;

- температура пара на входе – 350 0С;

- температура пара на выходе – 248 0С;

- расход пара – до 35 т/ч;

- электрическая мощность – 1 250 кВт;

- частота вращения ведущего вала ПВМ – 3000 об /мин.

14

Установка снабжена асинхронным двигателем. В комплект поставки входит:

ПВМ, системы обеспечения, системы автоматического управления и защиты,

технологическая обвязка ПВМ (по пару), подводящие и отводящие трубопроводы пара,

охлаждающей воды и затворной жидкости. Так же в комплект поставки входят

компенсаторы реактивной мощности (необходимы для поддержания уровня

напряжения на шинах Уфимской ТЭЦ-3) и вакуумные выключатели (необходимы для

подключения к шинам собственных нужд Уфимской ТЭЦ-3).

3 Технико-экономические показатели проекта модернизации тепловой

схемы Уфимской ТЭЦ-3 на базе ПВМ

Планируется финансирование проекта в течение нескольких лет (Таблица 1)

Таблица 1- Разбивка финансирования и освоения по кварталам

планируемого года в тыс. руб.:

Обоснование стоимости проекта:

Реализация проекта «Модернизация тепловой схемы Уфимской ТЭЦ-3 с

установкой паровинтовой машины» планируется «под ключ». В адрес Уфимской ТЭЦ-

3 поступило два ТКП. За основу принимаем ТКР ООО «ВМ-Энергия», как поставщика

предложившего меньшую стоимость при той же комплектности и хорошо себя

зарекомендовавшего при выполнении аналогичных работ на практике:

1. Стоимость выполнения ПИР, поставка оборудования и СМР ПВМ согласно

коммерческого предложения ООО «ВМ-Энергия» от 14.10.2014г. составляет 40 000

тыс. руб. без НДС.

ВСЕГО Год

2016 1 кв. 2 кв. 3 кв. 4 кв.

Год

2017 1 кв. 2 кв. 3 кв. 4 кв.

Освоение тыс. руб. без НДС

43 775 770 770 43 005 21 502 14 335 7 168

Финансирование тыс. руб. с НДС, в

т.ч.: 51 654 908 908 50 746 25 373 16 915 8 458

ПИР 908 908

СМР 1 686 1 686 843 562 281

Оборудование и

материалы 49 060 49 060 24 530 16 353 8 177

15

2. Стоимость выполнения ПИР, поставка оборудования и СМР ПВМ согласно

коммерческого предложения ЗАО «Малые паровые машины» от 25.12.2014г.

составляет 50 000 тыс. руб. без НДС.

Для планирования финансирования выбрана стоимость согласно ТКП ООО

«ВМ-Энергия» 40 000 тыс. руб. без НДС.

Реализация проекта предполагается в 2016 – 2017гг. (заключение договора,

выполнение ПИР планируется в 2016 году, поставка необходимого оборудования и

материалов, выполнение СМР в 2017 году) выполнение и стоимость проекта

приводится к году заключения договора «под ключ» (2016) проекта по единым

сценарным условиям:

Таблица 2 – Стоимость ПИР, СМР, оборудования и материалов на 2016 год

Таким образом, стоимость проекта модернизации тепловой схемы Уфимской

ТЭЦ-3 на базе ПВМ составит 43 775 100 рублей.

3.1 Расчет экономической эффективности и срока окупаемости проекта

Планируемое число часов работы ПВМ в году:

Работа ПВМ планируется в период останова ТГ ст. № 5. Планируемое число

часов работы ПВМ в году составляет 5 723 час (среднее число часов простоя за три

года ТГ ст. №5).

Проведение ремонтных работ планируется в период останова ПВМ в «зимний»

период (период работы ТГ ст. № 5).

Выработка электроэнергии на собственные нужды ТЭЦ ПВМ:

N = Nэл • nн , тыс.кВт*ч , где

Nэл - выработка электроэнергии на собственные нужды ТЭЦ ПВМ,

nч – время наработки ,час.

N = 1,25 * 5 723 = 7 154 тыс. кВт*ч.

Показатель Используемый индекс единых сценарных условий

ПИР 700 000 руб.*1,051*1,046 = 769 542,2 руб. без НДС

(ориентировочно в ценах 2016 г.)

СМР 1 300 000 руб.*1,051*1,046 = 1 429 149,8 руб. без НДС

(ориентировочно в ценах 2016 г.)

Оборудование и

материалы

38 000 000 * 1,046 * 1,046 = 41 576 408 руб. без НДС

(ориентировочно в ценах 2016 г.)

16

Экономия электрической энергии на собственные нужды ТЭЦ за год составит:

Э=N * Ссн, тыс. руб., где

N – выработка электроэнергии ПВМ в год, тыс. кВт*ч,

Ссн- цена электроэнергии на собственные нужды , руб/тыс.кВт*ч (принимаем

для расчёта фактическую стоимость покупной э/э на СН в узле ТЭЦ-3 по данным

2013г)

Ссн = 1 105 руб/МВт * 1,04 * 0,978 * 1,003 * 1,027 * 1,035 = 1 198,2 руб/МВт в

ценах 2018г.

Э = 7 154 МВт*ч * 1 198,2 руб/МВт = 8 572 256 руб. за год.

Прибыль = Э - Зремонт, тыс. руб, где

Зремонт – затраты на ремонт оборудования приняты по данным Уфимской ТЭЦ-4

(Приложение 3. Письмо о затратах на ремонт ПВМ Уфимской ТЭЦ-4).

Зремонт =134,8 *1,048 *1,047 *1,050 * 1,046 =162,5 тыс. руб. в ценах 2018г.

Прибыль = 8 572,3 – 162,5 = 8 409,8 тыс. руб.

Ввод планируется в середине октября 2017 года. Работа ПВМ в 2018 году

начнётся в апреле-мае. Эффект за полный год. В 2017 году промышленная

эксплуатация ПВМ не планируется.

Таблица 3 –Расчет экономической эффективности за период 2018 год

Статья бюджета

Изменение статьи бюджета

В году реализации 2017 г.

За год (365 дней) 2018 г.

№

статьи

Наименование

статьи

Натуральный

эффект,

ед. измерения

Эффект в

денежном

выражении,

тыс. руб.

Натуральный

эффект, МВт·ч

Эффект в

денежном

выражении,

тыс. руб.

1.2.4.1

Цена за

электроэнергию 0 0 7 154 8 410

Срок амортизации (и принимаем,что и службы) составляет 15 лет согласно

классификатора «Постановление правительства РФ №1 от 01.01.2002 г. №142911020 -

турбины паровые».

17

Оценочный расчет экономической эффективности внедрения ПВМ приведен в

Приложение 4.

График 1 – Экономический эффект с 2018 по 2032 г.г.

№ Показатель Значение

1. Чистый дисконтированный доход (NPV), тыс.руб. 21 399

2. Внутренняя норма доходности (IRR), % 16%

3. Индекс прибыльности (PI) 1,13

4. Период окупаемости (PBP), лет 7,95

5. Дисконтированный период окупаемости (dPBP), лет 13,85

Экономическая эффективность применения зависит от мощности, размерности

ПВМ, а также полноты загрузки энергоустановки в течение года.

Приведенные расчеты показывают, что срок окупаемости проекта

модернизации тепловой схемы Уфимской ТЭЦ-3 на базе ПВМ составит 8 лет,

экономический эффект в 2018 г. составит 8410 тыс. руб. и будет расти из года в год

учитывая изменение коэффициента индексации.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034

Эко

но

ми

ческ

ий

эф

фе

кт,

тыс.

руб

Год

Экономический эффект с 2018 по 2032 г.г.

18

4 Оценка воздействия на окружающую среду путем модернизации

тепловой схемы ТЭЦ-3 установки паровой винтовой машины

На ранней стадии развития теплоэнергетики основное внимание было уделено

поиску в окружающей среде ресурсов, необходимых для обеспечения

теплоэнергопотребления и стабильного теплоэнергоснабжения предприятий и жилых

зданий. В дальнейшем границы проблемы охватили возможности более полного

использования природных ресурсов путём изыскания и рационализации процессов и

технологии, добычи и обогащения, переработки и сжигания топлива, а также

совершенствования теплоэнергетических установок.

С ростом единичных мощностей блоков, теплоэнергетических станций и

теплоэнергетических систем, удельных и суммарных уровней теплоэнергопотребления,

возникла задача ограничения загрязняющих выбросов в воздушный бассейн, а также

более полного использования их естественной рассеивающей способности [16].

Работа по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и водные

объекты, снижению образования и безопасному размещению отходов производства

являются одной из важнейших задач ООО «БГК». Компания осуществляет

природоохранную деятельность на основе требований действующих нормативных

актов, при этом постоянно совершенствует свою систему защиты окружающей среды.

Внедрения энергоустановки паровой винтовой машины на станцию, по

использованию безвозвратной потери энергии преобразований пара, дает реальный

пример разработки и применения энергосберегающих технологий. Вторичный пар,

который раньше перед поступлением в деаэраторы дросселировался в редукционном

устройстве, теперь проходит через паровую винтовую машину и совершает полезную

работу [7]. Установка ПВМ, тем самым ведет к экономии топлива и уменьшении его

удельного расхода, что приводит к снижению негативного воздействия на

окружающую среду.

Модернизация тепловой схемы Уфимской ТЭЦ-3 ООО «БГК» с установкой

паровинтовой машины приведет к сокращению образования отходов и экологически

безопасное обращение с ними. Таким образом, энергосбережение и рациональное

использования природных и энергетических ресурсов на стадии производства тепловой

и электрической энергии основная прерогатива данного оборудования.

19

ГЛАВА III Область применения паровинтовой машины

5 Потенциальные потребители ПВМ и энергоустановок на базе ПВМ

Существует непрерывный, все более возрастающий поток теряемой

антропогенной энергии, часть которого можно полезно использовать. Этот поток

складывается из потерь, связанных с транспортировкой органических топлив, с их

сжиганием и получением тепловой и электрической энергии в котельных и тепловых

электростанциях.

Утилизация вторичной энергии в топливно-энергетической области, так или

иначе, связана с детандированием газообразных рабочих тел (газа, пара, хладонов).

Потенциально суммарная мощность, которая может быть получена с помощью

детандер-генераторных технологий в топливно-энергетическом комплексе, составляет

более 14400…16500 МВт и сравнима с потенциалом малой гидроэнергетики всей

России, причем на долю пара, как рабочего тела, приходится 9500…10000 МВт.

Потенциальные потребители ПВМ и энергоустановок на базе ПВМ:

действующие ТЭЦ и котельные (параллельно РОУ, РУ);

ГТУ-ТЭЦ и ГПА-ТЭЦ (в паровом цикле с использованием котлов–

утилизаторов для увеличения общего электрического КПД);

предприятия металлургической, цементной, пищевой, целлюлозно-

бумажной и др. отраслей;

геотермальные электростанции.

котельные нефтесборных парков нефтегазодобывающих управлений;

производства, где значительные расходы пара с значительным давлением

(0,3…0,5 МПа) выбрасываются в атмосферу (потенциальный объект - ОАО «Полиэф»,

г. Благовещенск)[9].

5.1 Пример внедрения ПВМ на Уфимской ТЭЦ-4 ООО «БГК»

Энергоустановка позволяет эффективно утилизировать избыточную энергию

пара, подаваемого на деаэраторы и получать до 1,1…1,4МВт электрической мощности.

Проект осуществлен ООО «ВМ-Энергия», избравшим основным направлением своей

деятельности разработку новых, передовых образцов техники, технологий и доведения

20

своих разработок до промышленного использования. В реализации проекта приняли

активное участие инженерные и технические службы ТЭЦ-4.

Установка ПВМ интересна, прежде всего, как вспомогательное оборудование

по использованию безвозвратных потерь энергии преобразований пара. В результате

внедрения станция ТЭЦ-4 получает дешевую энергию, что, в конечном счете,

положительно отражается на показателях удельного расхода условного топлива. В

перспективе при внедрении ПВМ на всех возможных участках тепловой схемы ТЭЦ-4,

их суммарная выработка может компенсировать до 20…25% расходов электроэнергии

на собственные нужды.

Данный проект является уникальным, так как в России еще никто не внедрял

таких мощностей ПВМ, благодаря чему ООО «Башкирская генерирующая компания»

сделала еще один шаг вперед в части повышения экономичности, экологичности и

эффективности производства электроэнергии на традиционных ТЭЦ [15].

5.1.1 О результатах внедрения паровой винтовой энергетической

установки ПВМ-2000АГ–1600 на Уфимскую ТЭЦ-4

В конце сентября 2008 г. на Уфимской ТЭЦ-4 ООО «БГК» начата

промышленная эксплуатация энергоустановки ПВМ-2000АГ–1600, разработанной и

изготовленной ООО «ВМ-Энергия». На сегодняшний день наработка составила более

20000 часов, выработано около 12 млн. кВт*час электроэнергии.

Рисунок 4 - Энергоустановка ПВМ-2000АГ-1600 на Уфимской ТЭЦ-4

Паровая винтовая машина (ПВМ), примененная в составе энергоустановки,

является наиболее мощной (1,2…1,4 МВт) из созданных в Российской Федерации

21

подобных машин, рассчитана для работы при более высоких начальных параметрах

пара (P1=1,6 МПа; t1=300 град С).

Назначение энергоустановки – утилизация избыточной энергии давления пара

и преобразование ее в электрическую энергию.

В наиболее показательные - зимние месяцы работы ТЭЦ, благодаря работе

энергоустановки, расход электроэнергии на собственные нужды ТЭЦ снизился с 8,5 %

до 7,9 % от общей выработки, а удельный расход топлива на отпуск электроэнергии

уменьшился на 2 г. у.т./кВт*час.

ПВМ имеет систему автоматического управления на базе современных

вычислительных контроллеров, соответствующую самым высоким требованиям

руководящих документов в энергетической промышленности.

Продолжительный период поднадзорной эксплуатации дал возможность

выработать и реализовать меры по улучшению эксплуатационных характеристик

установки, а также обучить технический персонал методам обслуживания и текущего

ремонта [8].

Разработчики стремятся к тому, чтобы каждый последующий образец ПВМ

был надежнее, экономичнее предыдущего и, чтобы техническая новинка завоевала на

деле, а не на словах подобающее ей место.

6 Наличие ПВМ российского производства и аналоги зарубежных

производителей паровинтовых генераторных агрегатов

Паровинтовые машины в диапазоне мощностей от 250 до 1400 кВт

произведены ЗАО “Независимая энергетика” (г. Москва), ЗАО “Эко-Энергетика”

(г.Санкт-Петербург), ООО «ВМ-энергия» (г. Уфа).

На сегодняшний день установка ПВМ является наиболее мощной

энергоустановкой подобного типа не только в России, но и за рубежом. Уникальность

этой установки состоит в том, что она лидер на своем поприще.

ПВМ, разработанная и изготовленная ООО «ВМ-Энергия» имеет наибольшую

общую наработку среди аналогов в России и за рубежом (более 20000 часов) и

выработало около 10млн. кВт*час электроэнергии. ПВМ, примененная в составе

энергоустановки, рассчитана для работы при наиболее высоких, среди аналогов,

начальных параметрах пара (t=300 град. С; P=1,6 МПа). Узлы и детали

разрабатываются в пределах нашей республики [8].

22

За границей существуют единичное количество экземпляров малой мощности

(50 - 500кВТ). В США, штат Невада, фирма «Электротерм» выпускает энергоустановку

«Green Maсhine», работающую по ORC-циклу, использующую в качестве расширителя

паровинтовую машину. Электрическая мощность трех модификаций 35 кВт, 65 кВт и

110 кВт. ПВМ установлены в Америке, Чехии, Австрии, Румынии, Германии.

В Великобритании, Gateshead, компания FEG Ltd. производит винтовые

паровые агрегаты мощностью от 60 до 500 кВт.

Имеются сведения о создании винтового расширителя мощностью 160 кВт

японской компанией Kobelco в 2007 г.[13].

Одно из главных преимуществ отечественного производства энергоустановки

ПВМ стоимость. Паровинтовая машина российского производства на 30-50% дешевле,

не считая обслуживания, эксплуатации и необходимых запчастей, по сравнению с

зарубежными аналогами.

23

Заключение

В настоящее время в России и мире получают всё большее распространение

новые технологии энергосбережения. К ним, в частности, относятся использование

пара на ТЭЦ. Масштабы применения технологий энергосбережения достаточно велики.

Одним из актуальных направлений в современной энергетике, является повышение

эффективности работы действующего оборудования на ТЭЦ путем его модернизации.

Одним из способов энергоэффективности оборудования является установка

паровинтовой машины, которая позволит эффективно утилизировать избыточную

энергию дросселируемого пара и получить механическую энергию, используемую

для выработки электроэнергии на собственные нужды Уфимской ТЭЦ-3.

Установка очень проста в эксплуатации и обслуживании, имеет небольшие

размеры, отличается высоким ресурсом работы, эксплуатационной надежностью и

безопасностью, неприхотливостью к качеству пара. ПВМ как паровой двигатель в

диапазоне мощности 250-1000 кВт обладает значительными техническими

преимуществами перед паровой турбиной по эффективности, габаритам, стоимости,

надежности и безопасности. Для различных условий по пару, определяющих мощность

энергоустановки, используются единая базовая модель машины с соответствующей

настройкой на конкретные условия заказчика, что позволяет достаточно просто

проводить оценочные расчеты стоимости внедрения и экономической эффективности

данной технологии.

Совместное производство электроэнергии не нарушает режим работы

основного производства Уфимской ТЭЦ-3. Пар, отработанный в ПВМ с

термодинамическими параметрами, достаточными для использования по основному

назначению, направляется на технологические нужды и в теплообменные аппараты.

Следует отметить, что для широкого внедрения малых генерирующих

мощностей необходимо развитие законодательной базы и создание практических

механизмов подсоединения к электрическим сетям с возможностью не только

уменьшения потребляемой предприятием мощности, но и выдачи избыточной

мощности в сеть.

24

Список литературы

1. Левин Б.И., Степина Е.С. Комбинированные источники электроснабжения на базе

паровых и водогрейных котельных // Новости теплоснабжения. – 2002. - № 6. – С. 30 –

35.

2. Ахметшин Р.М., Березин С.Р., Петров П.Г., Ямилев И.А. Винтовая энергетическая

машина // РОСТЕХНАДЗОР. Наш регион. – 2005. - № 1-2. – С. 38 – 40.

3. Боровков В.М., Бородина О.А. Паровая винтовая машина для использования в малой

энергетике // Новости теплоснабжения. – 2006. - № 2. – С. 28 – 33.

4. Репин, А. Л. Повышение эффективности работы паровых котельных при

использовании когенерационных установок с винтовым двигателем: автореф. дис. …

канд. техн. наук: 05.14.04: защищена 07.11.06/ А.Л. Репин; Кубанский государственный

технологический университет. – Краснодар, 2006. – 24 с.

5. Новый политехнический словарь / гл. ред. А.Ю. Ишлинский. - М.: БРЭ, 2003 – 671 с.

6. Сакун И.А. Винтовые компрессоры. – Л.: Машиностроение, 1970 – 400 с.

7. ГОСТ 28567-90. Компрессоры. Термины и определения.

8. Гузаиров Р.М., Ахметшин Р.М. Паровой винтовой машины еще нет в словарях//

Инженерные системы.-2009.- №3.- С.6-7

9. На пути к кластеру высоких энергий // Инновационный Башкортостан.-2009.-№3.-

С.18-22

10. Березин С.Р., Богачева А.И.Технология энергосбережения на базе паровой винтовой

машины//Энергосовет.-2010.-№7.

11. Электронный журнал «Энергосовет».- Паровая винтовая машина (ПВМ) для

комбинированной выработки тепловой и электрической энергии

http://www.energosovet.ru/entech.php?idd

12. Березин. С.Р., Боровков В.М., Ведайко В.И., Богачева А.И./Паровая винтовая

машина // Современное машиностроение.-2009.- http://www.mashportal.ru/

13. Малоизвестное оборудование для производства электроэнергии

http://nnhpe.spbstu.ru/maloizvestnoe-oborudovanie-dlya-proizvodstva-elektroenergii/

14. Передовая отечественная технология в области эффективного энергосбережения

http://sadesign.ru/portfolio/wintoo/

15. Письмо Уфимская ТЭЦ-4 ООО «БГК» «Отзыв о результатах внедрения

паровинтовой энергетической установки ПВМ-2000АГ-1600»

16. Влияние вредных выбросов ТЭЦ на атмосферу http://www.newecologist.ru/ecologs

1

Приложение 1 - Принципиальная схема РОУ 18/8 №1 и №2

2

Приложение 2 - Принципиальная схема ПВМ

3

Приложение 3 – Затраты на ремонт и техническое обслуживание ПВМ-2000 на

Уфимской ТЭЦ-4 за 2014 г.

4

Приложение 4 - Оценочный расчет экономической эффективности внедрения ПВМ

Таблица 1 - Оценочный расчет экономической эффективности внедрения ПВМ за период 2013-2021 гг.

Год 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

Экономия э/э на СН, тыс.кВтч 0 7154 7154 7154 7154

Цена кВтч с учётом инд-ии, руб/кВтч 1,105 1,149 1,124 1,127 1,158 1,198 1,269 1,303 1,327

Экономия на СН, тыс. руб/год 0 8572,3 9078,0 9323,1 9490,9

к-т индексации стоимости э/э 1,04 0,978 1,003 1,027 1,035 1,059 1,027 1,018

Затраты на ремонт среднегодовые тыс.руб. 134,8 0 162,4 169,4 176,4 184,0

темп роста индекса цен строительства (ремонт) 1,047 1,048 1,047 1,05 1,046 1,043 1,041 1,043

Итоговая экономия,тыс. руб./год 0 8409,8 8908,6 9146,7 9307,0

Таблица 2 - Оценочный расчет экономической эффективности внедрения ПВМ за период 2022-2032 гг.

Год 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032

Экономия э/э на СН, тыс.кВтч 7154 7154 7154 7154 7154 7154 7154 7154 7154 7154 7154

Цена кВтч с учётом инд-ии, руб/кВтч 1,357 1,387 1,429 1,494 1,581 1,654 1,72 1,804 1,873 1,942 2,014

Экономия на СН, тыс. руб/год 9709 9923 10221 10691 11311 11831 12304 12907 13398 13893 14407

к-т индексации стоимости э/э 1,023 1,022 1,03 1,046 1,058 1,046 1,04 1,049 1,038 1,037 1,037

Затраты на ремонт среднегодовые тыс.руб. 191,3 199 206,1 213,1 220,4 228,1 236,1 243,9 251,9 260,8 269,9

темп роста индекса цен строительства (ремонт) 1,04 1,04 1,036 1,034 1,034 1,035 1,035 1,033 1,033 1,035 1,035

Итоговая экономия,тыс. руб./год 9518 9724 10014 10478 11090 11603 12068 12663 13146 13633 14138