Подробное описание устройства мини-ТЭЦ
С ИНДУКЦИОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ ТЕПЛА

Скачать описание мини-ТЭЦ ЭСА-300 в pdf

Возможности и преимущества мобильных электро -тепловых станций (мини-ТЭЦ)

Централизованное теплоснабжение и электроснабжение наряду с положительными сторонами, способствующими обеспечить высокий уровень организации процесса и концентрацию энергетических ресурсов, несет в себе высокие риски возникновения отказов и аварий. Эти нарушения происходят как вследствие естественных причин, связанных с нарушением правил эксплуатации или износом оборудования, так и с намеренным разрушением элементов структуры, путем террористических актов или в процессе боевых действий. Как показали события в Донецкой народной республике противник в процессе вооруженного противостояния стремится уничтожить объекты инфраструктуры городов: ТЭЦ, трансформаторные подстанции, котельные, тепловые пункты, насосные станции, сети электроснабжения и теплоснабжения.

Опыт эксплуатации московских систем теплоснабжения, которые хотя и относятся к числу наиболее надежных и обеспеченных, показал, что ежегодно на 100 км двухтрубных тепловых сетей приходиться от 20 до 40 сквозных повреждений труб, причем 90% приходиться на подающие трубопроводы. Среднее время восстановления поврежденного участка в зависимости от диаметра труб составляет от 5 до 50 часов, а в отдельных случаях, и нескольких суток.

Используя ранее выполненные в компании «Энергосистемавтоматика» инновационные разработки в области гидромеханических и индукционных проточных водонагревателей (тепловых генераторов) и новые конструктивные решения в области мини-ТЭЦ и когенерационных установок, были разработаны мини ТЭЦ - мобильные электротепловые станции (МЭТС), способные обеспечить поддержание нормального функционирования систем электроснабжения и теплоснабжения объектов первой и второй категории надежности на период проведения аварийными службами восстановительных работ на нарушенных участках сетей.

Принципы построения, заложенные в разработанные конструкции Мини-ТЭЦ - МЭТС, проведенные стендовые испытания и проверка на объектах теплоснабжения показали, что указанное оборудование может использоваться не только как аварийное с доставкой, но и как котельное оборудование с генерацией тепла и электроэнергии в виде резервной мини-ТЭЦ работающей в когенерационном режиме, и обеспечивающей немедленное подключение к внутренним сетям объекта теплоснабжения и электроснабжениия в случае отключения или аварии на централизованной сети. Как известно, в настоящее время на всех объектах первой и второй категории надежности установлены резервные дизель-электрические станции (ДЭС), обеспечивающие резервирование электроснабжения. Разработанные конструкции МЭТС позволяют выполнить модернизацию указанных дизель- электрических станций без нарушения существующей схемы резервирования электроэнергии, но добавить функции резервирования тепловой энергии в необходимом для данного объекта объеме. В дизель–электрических станциях КПД составляет 30-40%, а в когенерационной тепло дизель-электрической станции он составляет 85-92%, что значительно более эффективно позволяет использовать дизельное топливо.

Основные технические характеристики мини ТЭЦ - МЭТС серии ЭСА СИТЕП

Модель	ЭСА-300-2	ЭСА-500-2*	ЭСА-900-2*
Двигатель	ЯМЗ238М2	ЯМЗ7514-10	ЯМЗ850.10
Общая тепловая мощность, кВт (Гкал)	250 (0.223)	480 (0.413)	750 (0.7)
Утилизация тепла, кВт	150	300	450
Индукционный нагреватель, кВт	100	180	300
Температура теплоносителя, С°мах	70-95°C
Расход теплоносителя, м3/час	11	20	35
Электрическая мощность, кВт	135	200	315

* указанные модели находятся в стадии разработки

На фото внешний вид оборудования МЭТС ЭСА-300-2 в составе силового агрегата на основе двигателя ЯМЗ 238М2 с топливным баком, электрического генератора LSA 44.2, мощносью 135 кВт фирмы Leroy Sommer, индукционного нагревателя мощностью 105 кВТ, теплообменного оборудования утилизации тепла, щитов управления двигателем, генератором и насосным оборудованием и оборудования теплового пункта.

В чем преимущества, предлагаемой для реализации, станции ЭСА-300 и других более мощных, разрабатываемых станций серии ЭСА СИТЕП по сравнению с существующими средствами?

• В отличие от традиционных резервных электрических дизель-генераторов, МЭТС решают сразу две задачи – резервируют не только электроснабжение, но и теплоснабжение объектов.
• Подобную задачу решают и известные когенерационные установки, но в отличие от них, МЭТС значительно расширяет диапазон резервирования теплоснабжения, что соответствует реальной структуре потребления и относительному соотношению необходимой тепловой и электрической энергии.
• Конструкция станции и ее система управления позволяет применять ее не только решения задач аарийного восстановления и резервирования, но для обеспечения теплом и электроэнергией автономных объектов таких как строительные объекты, буровые, полевые лагеря различного назначения и т.д.
• Применение подобной схемы построения на базе газопоршневых установок позволяет повысить эффективность таких мини ТЭЦ и обеспечить экономию применяемого топлива.

Руководство по эксплуатации мини-ТЭЦ

Руководство по эксплуатации (РЭ) по своему назначению содержит информацию для обслуживающего персонала по устройству и принципу работы теплоэлектрической мобильной передвижной станции, определяет рекомендации по техническому обслуживанию и порядку выполнения операций при подготовке и запуске в работу станции, ее развертыванию на объекте, свертыванию после завершения работ и остановке , транспортировке и другим технологическим операциям связанным с особенностями работы в конкретных условиях применения.

В Руководстве по эксплуатации изложены основные сведения об МЭТС ЕСА-300-2 в соответствии с рекомендациями ГОСТ 2.601-95

Устройство и принцип работы мобильной электро -тепловой станции

Мобильная электро-тепловая станция (МЭТС) ЭСА-300-2 СИТЭП предназначена:

• Для аварийного восстановления тепло и электроснабжения жилых зданий, медицинских учреждений, и других социально значимых объектов, требующих экстренной помощи в восстановления тепло и электроснабжения в условиях аварийного нарушения централизованного тепло и электроснабжения и необходимости длительного проведения работ по восстановлению нарушенных централизованных систем
• Для использования в качестве резервного источника тепла и электроэнергии при кратковременных перерывах в работе основных источников тепла или электроэнергии жилых, общественных и других социально значимых объектов
• Для использования в качестве основного источника тепла и электроэнергии в поселках, в пунктах (лагерях) постоянного или временного проживания геологических экспедиций, на автономно работающих объектах, буровых платформах, в зданиях, сооружениях и технологическом оборудовании в составе комплекса буровых установок эксплуатируемых нефтегазовых скважин, строительных площадках, полевых объектах, пунктах временного размещения населения при чрезвычайных ситуациях и т.д)

Общие технические характеристики мобильной мини-ТЭЦ

• Номинальная тепловая мощность от 50 до 260 кВт. Тепловая мощность регулируется в зависимости от внешней температуры и нагрузки потребителей. Суммарное количество тепла складывается от следующих источников: 50-53кВт – утилизация тепла из системы охлаждения двигателя; 100-110 кВт – утилизация тепла выхлопных газов двигателя; 53 –106 кВт – генерация тепла индукционным нагревателем, состоящим из двух блоков по 53 кВт каждый
• Максимальный объем вырабатываемого тепла из расчета теплотворной способности дизельного топлива – 12 кВт/час/кГ и максимальном расходе топлива при 1500 об/мин не более 32 литра/час (25 кГ/час), составляет 300 кВт/час
• Объем горячего водоснабжения и теплоснабжения – 19 м3/час с разностью температуры воды на подаче и обратно 10° С. Температура воды на подаче до +85° С. Работа установки не зависит от механической и химической подготовки теплоносителя
• Допустимая электрическая мощность генератора LSA 44,2 M95 J6/4 при 1500 об/мин в зависимости от наружной температуры составляет при +40°С Q = 150 кВа, Рак = 120 кВт, I = 216 А; при 27С Q = 165 кВа, Рак = 132 кВа, I = 240 А
• Выходное напряжение генератора 400 /240 В. Коэффициент мощности –0,8. Частота 50 Гц. Отклонение частоты тока при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной мощности, удовлетворяющей расчетной характеристике дизельного двигателя – не более –/+ 5%
• Распределение генерируемой мощности:
  – для внутреннего потребления до 10 кВт
  – для внешних потребителей допускается использовать до 120 кВт
• При проведении профилактических и ремонтных работ допускается возможность подключения электропитания от внешней электрической сети 380/220 В, 50 Гц при выключенном дизельном двигателе
• Допустимая перегрузка синхронного генератора по току и мощности не должна быть более 10%. Время работы при перегрузках должны соответствовать требованиям стандартов. Коэффициент небаланса линейных напряжений при несимметричной нагрузке фаз с коэффициентом небаланса тока нагрузки должен быть не более 25% от номинального значения (при условии, что ни в одной из фаз ток не превышает номинального значения)
• Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу соответствуют ГОСТ 21393-75, ГОСТ Р41.24-2003, ГОСТ З52160-2003 и не превышают во всем диапазоне работы установки удельных выбросов, при проектных характеристиках топлива. Оборудование МТС-300 обладает устойчивостью к воздействию механических факторов внешней среды по группе ГОСТ 17516:
  — передвижные электроагрегаты и электростанции, не работающие на ходу (при транспортировании)
  — группа М18

Состав оборудования мобильной мини-ТЭЦ ЭСА-300:

• Силовая установка на основе дизельного двигателя ЯМЗ 238М2 номинальной мощностью 156 кВт на валу двигателя
• Оборудование генерации тепла и электроэнергии серии СИТЭП, включающие электрический генератор LSA 44.2 M95 J6/4 мощностью 150 кВа, индукционный ТЕПЛОВОЙ ГЕНЕРАТОР ИЭСА-100, мощностью 100 кВт, теплообменное оборудование (КУВИ, ПВВ) утилизации тепла выхлопных газов и тепла из системы охлаждения двигателя
• Оборудование автоматизированного управления силовой установкой и генерирующим оборудованием, включающим щит контроля и управления дизельным двигателем, щит управления индукционным генератором и распределения электроэнергии внешним и внутренним потребителям
• Оборудование теплового пункта, включающего подающий и обратный коллектор, сетевой теплообменник, циркуляционные насосы во внутренних контурах индукционного генератора и утилизации тепла, внешний сетевой циркуляционный насос, расширительные баки, запорная арматура, средства контроля и измерения параметров теплоносителя, фильтры для очистки теплоносителя, шланги для подключения теплового пункта к объекту теплоснабжения
• Конструктивные элементы, включающие раму со стойками для крепления оборудования, ограждающие конструкции в двух возможных вариантах размещения, в универсальном авиационном контейнере типа УАК 10 (Д х Ш х В 6058 х 2435 х 2438) или в защитном шумоизолирующем кожухе по периметру рамы. Размеры кожуха Д х Ш х В 4700 х 1700 х 2200
• Сервисные оборудование и документация, включающие средства для врезки и подключения в сеть теплоснабжения объекта, электрические кабели и электрические щитки, средства сигнализации и пожаротушения, средства электроосвещения и вентиляции, инструмент, измерительные приборы, эксплуатационно-техническая документация
• Средства заправки и обеспечения топливом силовой установки, включающих основной топливный бак 200 литров и запасной бак емкостью 600-800 литров (в вариантном исполнении), перекачивающее оборудование из запасного бака, аппаратуру контроля расхода топлива

Общая структурная схема взаимосвязи элементов мобильной электро -тепловой станции представлена на рисунке

1 – двигатель ЯМЗ-238-М2;
2 – радиатор охлаждения двигателя с электромагнитным клапаном включения вентилятора;
4 – пластинчатый теплообменник утилизации тепла из системы охлаждения двигателя;
5 – насос-помпа двигателя;
6 – щит управления двигателем и электрическим генератором;
8 – электрический генератор LSA 44.2 M95 J6/4;
9 – индукционный генератор 50х2 =100 кВт; 10-циркуляционный насос индукционного генератора;
11 – циркуляционный насос вторичного контура утилизации тепла двигателя;
12 – трубчатый теплообменник (ПВВ) внешней сети;
13 – циркуляционный насос вторичного контура теплообменника внешней сети;
14 – циркуляционный насос первичного контура теплообменника внешней сети;
15 – циркуляционный насос теплообменника-утилизатора тепла выхлопных газов;
16 – утилизатор тепла выхлопных газов (КУВИ);
17 – щит управления индукционным генератором и распределения электроэнергии потребителям.

Режимы работы мобильной мини-ТЭЦ электро -тепловой станции:

Станция может работать в одном из трех режимов:

• Генерация тепловой энергии с минимальным подключением внешних потребителей электроэнергии. В этом режиме на внешнее потребление электроэнергии допускается использовать не более 5-7 кВт
• Генерация тепловой и электрической энергии с гибким распределением нагрузки между потребителями тепловой и электроэнергии в пределах генерируемой мощности тепла и электроэнергии в зависимости от теплопотерь на объекте теплоснабжения и необходимой потребности в электроэнергии
• Генерация электрической энергии с минимальным потреблением тепла или полным отключение тепловой сети. В этом режиме станция работает в стандартном режиме электрического дизель-генератора с отключенным оборудованием утилизации тепла двигателя и выхлопных газов и выключенном индукционном генераторе. Все элементы теплового пункта находятся в ждущем режиме без слива незамерзающего теплоносителя внутреннего контура

Развертывание и свертывание передвижной мини-ТЭЦ электро -тепловой станции:

• Условия применения станции в качестве стационарного или резервного оборудования на конкретном объекте определяются предназначением станции в данных условиях эксплуатации и регулируются ответственным инженерно-техническим персоналом, эксплуатирующим данный объект, исходя их технических возможностей данной станции
• В аварийном режиме эксплуатации при прибытии на объект, требующий аварийного восстановления теплоснабжения производится развертывание трубопроводной сети, подключение и автономизация объекта теплоснабжения, заливка жидкости в контур теплоснабжения, пуск и подогрев станции. Время развертывания составляет до 1 часа; Далее производится постепенный подъем температуры во внешней сети до номинальной температуры теплоносителя 60С-80° С. Время подъема температуры не менее 40 минут в зависимости от объема объекта. Непрерывная работа без дозаправки до 24 часа
• При аварийном режиме восстановления электроснабжения развертывается кабельная сеть электроснабжения. Все операции должны быть выполнены в соответствие с требованиями ПУЭ

Особенности устройства индукционного генератора тепла ЭСА-100

Индукционный нагреватель жидкости, применяемый на данной станции, является современным экономичным компактным и долговечным устройством. В основу принципа его построения положена схема работы короткозамкнутого трансформатора, где в качестве одного витка вторичной обмотки используется собственный магнитопровод трансформатора. Совмещение магнитопровода и вторичной обмотки позволяет значительно снизить габариты нагревателя и повысить эффективность его работы.

Для снижения потерь за счет внешнего излучения (рассеяние электромагнитной энергии) рассчитываются оптимальная толщина короткозамкнутого магнитопровода–проводника. Ток, наведенный в этой вторичной обмотке, разогревает корпус магнитопровода. Критериями выбора этого параметра по магнитной составляющей электромагнитного поля является глубина проникновения магнитного поля в ферромагнитный магнитопровод, а по электрической составляющей – необходимая мощность нагрева этого сердечника. Количество выделяемого тепла в соответствии с законом Джоуля-Ленца пропорционально квадрату силы электрического тока. В соответствии с применяемым напряжением электрической сети выбирается требуемый коэффициент трансформации и параметры катушки первичной обмотки трансформатора. Для съема полученного тепла вдоль поверхности этого совмещенного магнитоэлектропровода пропускается теплоноситель, в качестве которого используется вода или незамерзающая жидкость, как это выполнено в МЭТС ЭСА-300-2. Допустимая температура нагрева магнитопровода и первичной обмотки определяется температурной характеристикой электрической изоляции обмоточного провода. В данной конструкции применяется обмоточный провод с температурной стойкостью 140° С. Необходимый максимальный нагрев теплоносителя в станции составляет 80-90° С. Таким образом обеспечивается достаточный температурный запас прочности электрической изоляции и что определяет ее долговечность, которая в соответствии с ТУ составляет не менее 10 лет даже в более высоком температурном диапазоне

Принцип построения конструкции однофазного индукционного генератора представлен на рисунке:

• Входной патрубок.
• Магнитоэлектропровод.
• Катушка.
• Внешний корпус рубашки охлаждения магнитопровода.
• Крышка внутренней полости магнитопровода.
• Изолированная панель крепления выводов катушки и кабелей электропитания.
• Выходной патрубок.

Корпус магнитопровода представляет собой цилиндр тороидальной формы (2) внутри которого размещается первичная обмотка трансформатора (3), корпус цилиндра с катушкой плотно закрывается крышкой (5), цилиндр помещается в герметичную емкость (4) внутрь которой через входной патрубок (1) подается охлаждающая жидкость, омывающая стенки магнитоэлектропровода и выводится в нагретом виде через выходной патрубок (7).

В станции ЕСА-300-2 используются 6 подобных блоков однофазных индукционных генераторов мощностью по 17,5 кВт каждый в составе двух групп трехфазных генераторов, каждый из которых генерирует примерно 50-53 кВт тепла. Суммарная мощность составляет 100-106 кВт тепла. Рабочее напряжение в каждом блоке составляет 220 В переменного тока 50 Гц.

Сертификаты и Патенты на мини - ТЭЦ ЭСА300

Принципиальное отличие ЭСА-300 от существующих когенерационых установок: