Котельная
В основу изобретения «Котельная» положена задача повышения коэффициента использования производственных мощностей котельной и снижение затрат на электрическую и тепловую энергию для собственных нужд котельной. Суть изобретения в том, что котельная укомплектована источником электрической энергии для собственных нужд, в частности газопоршневым или газотурбинным генератором, генератором на основе топливных элементов, электростанцией на биотопливе или твердом топливе, с функцией основного источника электрической энергии, тепловая энергия которого используется для подогрева исходных сырьевых ресурсов котельной, а электрические сети являются резервным источником электрической энергии. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение «Котельная» относится к области теплоэнергетики, где котельные и котлы используются для производства тепловой энергии коммунальными, промышленными и другим потребителями.
Аналогом и прототипом котельной, что заявляется, является котельная в мкр. Дрожжино-2 Московской области [1].
Мощность котельной 150 Гкал (174 МВт).
Основное топливо котельной - природный газ.
Основной источник электрической энергии - электросети.
Резервный источник электрической энергии - дизель генератор фирмы
Гранд Моторс: W=1560 кВт, цена=18 млн.руб. с НДС.
Недостатком аналога является низкий коэффициент использования основных средств, а именно резервного источника электрической энергии, а также высокая цена электрической энергии, получаемой из сети.
В основу изобретения положена задача повышения коэффициента использования производственных мощностей котельной и снижение затрат на электрическую энергию для собственных нужд котельной и на выработку тепловой энергии.
Суть в том, что котельная укомплектована источником электрической энергии для собственных нужд, в частности газопоршневым или газотурбинным генератором, генератором на основе топливных элементов, электростанцией на биотопливе или твердом топливе, с функцией основного источника электрической энергии, тепловая энергия которого используется для подогрева исходных сырьевых ресурсов котельной, а электрические сети являются резервным источником электрической энергии.
Выбор типа генератора источника электрической энергии для собственных нужд зависит от типа котельной, условий ее эксплуатации и используемого топлива. Например, для котельной на природном газе целесообразно использовать газопоршневой или газотурбинный генератор, или генератор на основе топливных элементов, для котельной на твердом топливе целесообразно использовать электростанцию на твердом топливе, для котельной на биотопливе целесообразно использовать электростанцию на биотопливе.
Рассмотрим экономическую эффективность использования предложенного изобретения на примере котельной в мкр. Дрожжино-2 [1], которая характеризуется следующими данными.
1. Мощность котельной 150 Гкал (174 МВт).
2. Основное топливо котельной - природный газ.
3. Потребляемая электрическая энергия - в зимнее время ~ 1250 кВт - в летнее время ~ 600 кВт.
4. Резервный источник питания - дизель генератор фирмы Гранд Моторс - мощность 1560 кВт. - цена 18 млн руб.
5. Стоимость газа для котельной 5800 руб/1000 м3 с НДС.
6. Стоимость электроэнергии 5500руб/МВт*ч с НДС.
7. Стоимость тепловой энергии 2040 руб/Гкал. С НДС.
8. Температура воздуха в горелку в холодное время года = 25°С.
В качестве источника электрической энергии выберем газопоршневой генератор (электростанцию) J420
Стоимость такого генератора сопоставима со стоимостью дизель генератора фирмы Гранд Моторс - мощность 1560 кВт.- цена 18 млн руб. Поэтому замена дизель генератора на газопоршневой генератор не повлияет на объем капитальных вложений.
В среднем по году такой генератор работает около 8600 часов.
В среднем по году выработанная электрическая энергия составит (1250+600)кВт/2 × 8600 часов=7955000 кВт часов.
Расход природного газа по году при теплотворной способности 8200 ккал одного кубического метра и КПД газопоршневого генератора 42,5% составит
288,23 м3/час × 8600 час=2479380 м3.
Затраты на покупку этого объема газа составят 5800 руб./1000 м3 2479,38 тыс.м3=14380404 руб.
С учетом затрат на техническое обслуживание газопоршневого генератора около 10% от его стоимости в целом затраты при производстве электрической энергии составят 14380404 руб. + 18000000 руб. × 10%=16180404 руб.
В случае работы котельной от сети затраты за 8600 часов составят 5,5 руб./кВтчас × 7955000 кВт часов=43752500 руб.
Таким образом при одинаковых капитальных вложениях на энергообеспечение собственных нужд котельной выигрыш в затратах на электроэнергию в случае использования газопоршневого генератора в качестве основного источника электропитания составит 43752500 руб. - 16180404 руб=26572096 руб.
Кроме того, согласно паспортным данным газопоршневого генератора J420 тепловой КПД=44,9%. При генерации электрической энергии в среднем по году 925 кВт тепловая мощность, которую можно использовать в котельной для подогрева первичной воды или воздуха до 70*С, с использованием теплообменников составит 925 кВт × 44,9%/42,5%=977 кВт.
Тепловая энергия, которую можно использовать в котельной, в среднем по году составит 977 кВт × 8600 час=8402200 кВт часов.
В случае передачи такого количества тепловой энергии в исходное сырье (воду или воздух) соответственно уменьшится потребление природного газа котлом, которое ушло бы на выработку такого же количества тепла. При теплотворной способности природного газа 8200 ккал одного кубического метра это уменьшение составит 881 тыс.м 3. Стоимость такого сэкономленного количества газа составит 5110077 руб.
Суммарный выигрыш в затратах на электроэнергию и выработке тепла (через теплообменники) в случае использования газопоршневого генератора в качестве основного источника электропитания составит по году. 26572096 руб. + 5110077 руб.=31682173 руб.
В случае, когда выхлопные газы подаются в зону горения топлива котельной в смеси с воздухом то, системе передается дополнительно тепловая энергия, соответствующая тепловой энергии, которая отдается выхлопными газами при охлаждении от 100* до температуры смеси воздуха и выхлопных газов. Например, при температуре смеси воздуха и выхлопных газов 25* и в случае, когда газопоршневой генератор работает на выходную мощность 1416 кВт это составит 175 кВт/час. А при температуре смеси воздуха и выхлопных газов 0* дополнительная тепловая мощность составит 230 кВт. При генерации электрической энергии в среднем по году 925 кВт и температуре смеси воздуха и выхлопных газов 0* дополнительная тепловая мощность составит 150 кВт/час.
Дополнительная тепловая энергия, которую можно использовать в котельной в этом случае, в среднем по году составит 150 кВт × 8600 час=1290000 кВт часов.
Соответственно уменьшится потребление природного газа котлом на 135 тыс.м3.
Стоимость такого сэкономленного количества газа составит 783000 руб.
Суммарный выигрыш в затратах на электроэнергию и выработке тепла в этом случае составит по году. 26572096 руб. + 5110077 руб. + 783000 руб.=32465173 руб.
Учитывая, что стоимость газопоршневого генератора сопоставима со стоимостью дизель генератора и замена дизель генератора на газопоршневой генератор не повлияет на объем капитальных вложений, вся сумма 32465173 руб. становится чистым доходом с момента начала его эксплуатации.
Смешивание выхлопных газов газопоршневого генератора с воздухом на горение практически не меняет состав воздуха из-за большой разницы в их объемах. В рассматриваемом нами случае при выходной мощности котельной 150 Гкал. объем необходимого воздуха равен примерно 245000 м3/час, а объем выхлопных газов газопоршневого генератора при выходной мощности 1416 кВт примерно равен 6200 м3 и составляет около 2,5%, кроме того в выхлопных газах содержится до 10% кислорода.
Сравнительный анализ технического решения котельной с прототипом показывает, что они отличаются составом оборудования, порядком их использования и приводят к значительному экономическому эффекту.
Таким образом, заявляемое техническое решение котельной является эффективным и соответствует критерию «новизна».
Литература: [1] http://aboiler.ru/objectpage.php?object=8/
1. Котельная, укомплектованная, кроме всего, основным источником электрической энергии от электрических сетей и резервным источником электрической энергии, отличающаяся тем, что котельная укомплектована источником электрической энергии, в частности газопоршневым или газотурбинным генератором, генератором на основе топливных элементов, электростанцией на биотопливе или твердом топливе, с функцией основного источника электрической энергии, тепловая энергия которого используется для подогрева исходных сырьевых ресурсов котельной, а электрические сети являются резервным источником электрической энергии.
2. Котельная по п. 1, отличающаяся тем, что выхлопные газы газопоршневого или газотурбинного генератора, электростанции на биотопливе или твердом топливе подаются в зону горения топлива котельной.
