Повышение экологичности окружающей среды за счет применения мини-ТЭЦ с газо-поршневыми двигателями

ние нескольких задач: повышение управляемости электроэнергетикой, ослабление влияния монополиста РАО ЕС, снижение затрат на выработку электроэнергии, энергосбережение. Принятое направление соответствует закону об электроэнергетике.

Мини-ТЭС обладают рядом достоинств:

• 1    - малые потери при транспортировке тепловой и электрической энергии по сравнению с системами централизованного тепло и электроснабжения;

• 2    - улучшение экономических показателей за счет выработки тепловой и электрической энергии;

• 3 - повышение надежности теплоснабжения за счет собственного источника электроэнергии;

• 4    - более низкая себестоимость тепловой и электрической энергии по сравнению с централизованными источниками энергии, улучшение экологической обстановки.

Мини-ТЭЦ представляют собой электростанцию с комбинированным производством электроэнергии и тепла, расположенной в непосредственной близости от конечного потребителя. В качестве источника энергии в мини-ТЭЦ используются дизельные, газовые и газотурбинные двигатели.

Энергия, выделившаяся при сгорании топлива, в ДВС производит механическую работу и теплоту. Механическая работа на валу двигателя используется для выработки электроэнергии генератором электрического тока. Тепло отработавших газов и системы охлаждения двигателя служит для получения горячей воды или пара.

Наибольшей эффективностью, надежностью и универсальностью отличаются установки на основе газо-поршневых двигателей. Это вызвано, прежде всего, современными требованиями к экологической чистоте окружающей среды, а также к снижению эксплуатационных расходов на органическое топливо и доступностью его использования.

Для обеспечения предприятия тепло и электроэнергией возможно два варианта:

• 1    - тепловую энергию получать от собственной котельной, электроэнергию от РАО ЕЭС;

• 2    - строительство собственной мини ТЭЦ.

При сжигании органического топлива в дымовых газах могут присутствовать оксиды серы, азота, углерода, твердые частицы.

• 1    ВАРИАНТ

• 1.    Расчет загрязняющих веществ, образовавшихся при производстве тепловой энергии

• 2.    Расчет загрязняющих веществ, образовавшихся при производстве электроэнергии

  В первом варианте получение электроэнергии предусматривается от ОАО “Нижновэнерго”. Потребности ОАО “Павловский автобус” в электроэнергии составляют 28000 тыс. кВт·ч /год.

В варианте 1 рассматриваются выбросы загрязняющих веществ, образующихся при сжигании топлива при получении тепловой энергии от котельной. Котельная работает на газовом топливе. Газ поступает по трубопроводу Тура-Пермь-Центр, низшая теплота сгорания 33,36 МДж/м3.

Потребности ОАО “Павловский автобус” в теловой энергии составляют 26883 Гкал/год. Для выработки данного количества тепла котельная на газовом топливе, имеющая КПД=0,95, с учетом переводного коэффициента 0,134 Гкал/тыс.м3, должна сжигать в год 3792 тыс.м3 природного газа.

Расчет количественных выбросов вредных веществ в атмосферу от котельной выполнен на основании методик, согласованных органами Минздрава СССР и Госкомгидромета, ОНД-86, автоматическим методом в программном комплексе “Призма”. Расчет выбросов от котлов производительностью до 30 т/ч выполнялся по “Методике определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью до 30 тонн пара в час или менее 20Гкал в час”, Москва, 1999.

Валовые и максимально-разовые выбросы загрязняющих веществ представлены в табл. 1.

Согласно литературным данным средние величины удельных выбросов при производстве электроэнергии на ТЭС (топливо – уголь, мазут, природный газ), ГЭС, АЭС представлены в таблице 2. Твердые частицы и диоксид серы образуются при сжигании угля и мазута.

Валовые выбросы для производства электроэнергии в объеме 28000 тыс. кВт·ч представлены в табл. 3.

• 2    ВАРИАНТ

Расчет экологических показателей и характеристик мини-ТЭЦ, установленной на ОАО “Павловский автобус”

На мини-ТЭЦ установлены 4 газо-поршневых энергоблока мощностью 1 МВт каждый. Используемое топливо – природный газ. Тепло-энергоблоки предназначены для получения

Таблица 1. Выбросы вредных веществ при сжигании топлива для получения теплоэнергии от котельной

Загрязняющие вещества	Валовой выброс, (т/год)	Максимально разовый выброс (г/сек)
NO 2	7,09	0,649
NO	1,16	0,105
CO	12,88	1,179

Таблица 2. Удельные выбросы при производстве электроэнергии

Загрязняющие вещества	Удельные выбросы, кг/тыс кВт час
Твердые частицы	1,5
Оксиды азота	1,3
Диоксид серы	2,25
Оксид углерода	0,3

Таблица 3. Валовые выбросы при производстве электроэнергии

Загрязняющие вещества	Удельные выбросы, кг/тыс кВт час	Валовой выброс, (т/год)
Твердые частиц ы	1,5	42
Диоксид серы	2,25	63
NO 2	1,04	29,1
NO	0,17	4,8
Оксид углерода	0,3	8,4

Таблица 4. Технические характеристики газо-поршневого энергоблока

Производитель	Обозначение агрегата	Номин. электрич. мощность на валу двигателя, кВт	Часовой расход газа, нм.куб/ч	Габариные размеры агрегата
				Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм
Caterpillar	G3516-TA(H)	1015,8	300,7	1710	1860	11800

Таблица 5. Характеристики продуктов сгорания

Обозначение агрегата Выброс NОx, мг/м.куб Выброс СО, мг/м.куб Содержание кислорода в сухих выхлопных газах, % Расход выхлопных газов, м.куб/мин Температура выхлопных газов, град С G3516-TA(H) 500 650 8,1 193 449 электрической энергии, а так же для приготовления горячей воды на нужды отопления производственных помещений. Режим работы – 24 ч.

В табл. 4 приведены технические характеристики, в табл. 5 - экологические характеристики продуктов сгорания газо-поршневого агрегата марки Caterpillar SARL.

По ИСО 2533 результаты измерений выбросов вредных веществ должны быть приведены к стандартной концентрации свободного кислорода в отработавшем газе, равной 15 %. Значение выбросов компонента i , EV_{i, 15, dry} рассчитывают по формуле:

Ev_{i, 15, dry} = ϕ _{i, dry} (20,95 - 15) / (20,95 - ϕ O ₂, dry ). (1)

ϕ _{O dry} – действительная концентрация

^, свободного кислорода в этой пробе, ϕ _{i, dry} – концентрация компонента i, измеренная в “сухой” пробе отработавшего газа

Согласно табл. 5, содержание оксидов азота и оксида углерода в отходящих газах (при содержании кислорода 8,1%) составляет 500 мг/м3 по NOx и 650 мг/м3 по СО. В пересчёте на О2=15% это соответствует концентрациям 232 мг/м3 по NOx и 301 мг/м3 по СО.

В связи с установленными раздельными ПДК для оксида и диоксида азота и с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе, суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие (с учетом различия в молекулярной массе этих веществ):

M NO ₂ = 0,8 M NO_x ,           (2)

MNO=(1-0,8)MNO µNO =0,13M NO , x µ NO2 x где µNO и µNO2 - молекулярные массы N0 и NO2, равные 30 и 46 соответственно; 0,8 - коэффициент трансформации оксида азота в диоксид1

С учетом этого содержание диоксида азота и оксида азота в отходящих газах составляет 185 мг/м3 по NO2 и 30 мг/м3 по NО. Расход выхлопных газов, приведенный к нормальным условиям, составляет 73м3/мин.

Результаты расчета выбросов мини-ТЭЦ мощностью 4 МВт (4 газо-поршневых энергоблока мощностью 1 МВт каждый) представлены в табл. 6.

В табл. 7 приводятся данные по валовым выбросам загрязняющих веществ для двух вариантов теплоэлектроснабжения.

Сравнивая два варианта производства тепловой и электроэнергии для промышленного предприятия с экологической точки зрения можно сделать следующие выводы:

• 1.    в выбросах мини ТЭЦ, работающих на газу, отсутствуют такие загрязняющие вещества как твердые частицы и оксиды серы, которые образуются при сжигании угля и мазута;

• 2.    валовые выбросы оксидов азота при работе мини ТЭЦ сокращаются приблизительно в 1,5 раза;

• 3.    валовые выбросы оксида углерода на мини-ТЭЦ можно уменьшить в несколько раз при использовании соответствующих способов очистки.

Таблица 6. Результаты расчета выбросов мини-ТЭЦ мощностью 4 МВт

Загрязняющие вещества	Концентрации в выхлопных газах, мг/м3	Максимально разовый выброс для одного энергоблока, г/сек	Валовой выброс для одного энергоблока, т/год	Валовой выброс для мини ТЭЦ, т/год
Азота диоксид	185	0,225	5,67	22,7
Азота оксид	30	0,037	0,92	3,7
Оксид углерода	301	0,366	9,23	36,9

Таблица 7. Валовые выбросы при производстве тепловой и электрической энергии для двух вариантов

Загрязняющие вещества	1 вариант			2 вариант
	Валовой выброс от котельной(т/год)	Валовой выброс при производстве электроэнергии (т/год)	Всего: тепло + электроэнергия, (т/год)	Валовой выброс от мини ТЭЦ, т/год
Твердые частицы	-	42	42	-
Диоксид серы	-	63	63	-
NO 2	7,1	29,1	36,2	22,7
NO	1,2	4,8	6,0	3,7
CO	12,9	8,4	21,3	36,9

INCREASING OF ECOLOGICAL COMPATIBILITY OF ENVIRONMENT AT THE EXPENSE OF APPLICATION MINI HEAT ELECTROSTATIONS WITH GAZO-PISTON ENGINES