Симбіоз двох виробництв - Control Engineering Ukrainian
Екологічні проблеми – викид вуглецю та інших горючих речовин в атмосферу, економічна неефективність – марна витрата величезної кількості тепла у технологічному процесі – ось кілька причин, через які нова теплоелектростанція потужністю 490 МВт буде розташована на сталеливарному заводі. Джерелом електроенергії стануть горючі гази, що викидаються, і тепло, яке розсіюється при плавці металу і коксуванні.
Вартість викопного палива все збільшується, кількість сполук вуглецю, які викидаються в атмосферу, також зростає, тому багато компаній намагаються використати додаткові джерела енергії. Наприклад, енергія, що розсіюється в різних технологічних процесах, використовується не ефективно або просто обігріває навколишнє середовище. Нова електростанція потужністю 490 МВт, розташована на сталеливарному заводі, буде вносити свій внесок у систему енергозабезпечення заводу. Джерелом електроенергії стануть горючі гази, що викидаються, і тепло, яке розсіюється при плавці металу і коксуванні. Використані технології будуть корисними і на інших виробництвах, які викидають горючі гази з малою теплотою згоряння.
Нову електростанцію компанія ThyssenKrupp Companhia Sider?rgica do Atl?ntico (CSA) будує в промисловому районі Санта Круз на березі бухти Сепетіба (Sepetiba), Ріо-де-Жанейро. Планується запустити виробництво на початку 2009 року та щорічно виробляти 5 млн. тонн сирої сталі. Практично вся продукція буде перевозитись на заводи ThyssenKrupp у Європі та Північній Америці для прокатки та додаткової обробки. „У зв'язку зі зростанням ЄС та ринку NAFTA зросла потреба у високоякісній вуглецевій сталі, щоб її задовольнити, нам потрібно більше сирої сталі” – заявив лікарКарл-Ульріх Кохлер (Dr. Karl-Ulrich Köhler), голова виконавчої ради ThyssenKrupp Steel AG.
Сталеливарний завод та електростанція будуються одночасно. Відповідно до договору підряду, виробництво "під ключ", проектування та постачання обладнання для електростанції здійснюватиме компанія Almstor Power. Планується реалізувати технологію з комбінованим циклом на основі двох газових та однієї парової турбіни для приводу двох генераторів потужністю 90 МВт та одного на 320 МВт відповідно із сумарною корисною потужністю 490 МВт. Спочатку парова турбіна працюватиме на парі від котлів, а газові турбіни – за простим циклом для якнайшвидшого отримання енергії. Після завершення будівництва турбіни перейдуть на комбінований режим роботи.
Кожна з трьох турбін розміщена у власній будівлі з підведеними трубопроводами та електричними з'єднаннями. Джерело: Alstom
Ефективність комбінованого циклу
Ефективність двох типів турбін у комбінованому циклі вище, ніж при їхньому окремому використанні. Перша стадія циклу - газова турбіна, що живить генератор. Температура газу дуже велика, він містить багато енергії, яку неможливо отримати за допомогою цієї турбіни. У комбінованому циклі газ, що виходить, проходить через теплоприймач парового генератора, який приводить в дію парову турбіну і генератор. Ефективність використання тепла у комбінованому циклі сягає 50 – 60%. Для порівняння коефіцієнт корисної дії звичайної вугільної теплоелектростанції не більше 35-40%.
На електростанції CSA встановлені дві газові турбіни Alstom GT11N2 LBTU, які спеціально призначені для роботи на газі з низькою теплотою згоряння. Компресійна частина складається з 14 секцій, 3 з яких –з регульованими напрямними апаратами. Вони використовуються при запуску турбіни та сприяють роботі при неповному завантаженні. Конструкція останньої з 4 секцій турбіни розроблена спеціально для з'єднання з глушником, що відводить, який передає пару в тепловідбірник генератора.
Верхня камера згоряння здатна працювати на паливі з теплотою згоряння до 950 БТЕ/фунт (британська теплова одиниця) або 2200 кДж/кг без додавання енергоємнішого палива. (Для порівняння: теплота згоряння стандартного палива 18000 – 20000 БТЕ/фунт). Викиди NOx контролюються водою або парою, яка вводиться в компресор при необхідності.
Верхня оболонка газової турбіни опускається місце. Спалювач силосу монтується на отворі у верхній частині. Джерело: Alstom
Обсяг топкових газів, що викидаються, величезний, але горючих компонентів серед них мало. Через труднощі утилізації енергії більшості заводів вони вважаються відходами виробництва. Здебільшого ці гази складаються з азоту та вуглекислого газу, основне джерело енергії при згорянні – це монооксид вуглецю та невеликі домішки метану та водню. Для запуску циклу використається природний газ. Вихідні гази з кожної турбіни направляються в окремий двопоточний горизонтальний парогенератор без проміжного перегріву. Пар, що виходить, використовується в комбінованому циклі.
Парова турбіна складається з трьох секцій: одного високого стиснення та двох двопотокових низького. До неї надходить відпрацьована пара з парогенераторів та додатково 551 тонна на годину від котлів коксівних печей. Завдяки двом джерелам пари її ефективність вища, ніж у звичайної газової турбіни. Для роботи більшої частини електростанції вистачило б газу від котлів коксувальних печей, парогенератори дають додатково 10%потужності.
На цьому зображенні показаний спальник силосу. Вхідний отвір для повітря та генератор знаходяться у правій частині, а вивідна труба до генератора пари – зліва. Джерело: Alstom
“Використовувати газ, який зазвичай викидається, вигідно не тільки економічно, а й екологічно” – каже Філіп Джуберт (Philippe Joubert), президент Alstom Power Systems. Цей проект підтвердив можливість Alstom створити ефективну, інтегровану екологічно чисту електростанцію на низькоенергетичних газах.
Охолодження водяної пари, що виходить, відбувається у водяному конденсаторі за рахунок розташованого поруч природного джерела, а не вежі охолодження. Газова та парова турбіни приводять у дію турбогенератори Topair з повітряним охолодженням, які конструктивно простіші за генератори з водневим охолодженням.
Для безперервної та безперебійної роботи процесу потрібна складна система керування з багатьма параметрами. Як розподілена система управління обрана платформа Amstol Alspa. Ця платформа є ключовим елементом в інтеграції масштабного управління, який дозволяє провести всю роботу: від початкових консультацій до здачі конструкції під ключ.
Архітектура платформи Alspa розроблена спеціально для електростанцій і вже включає функції управління згорянням, паровими котлами, турбінами, протікаючим газом, рівнем NOx і SОx та іншими критично важливими процесами. Ця система застосовувалася усім типах електростанцій: від атомної до гідро. Об'єднання контролерів у мережу Ethernet Powerlink забезпечує високу швидкість та точність обміну даними, функції забезпечення безпеки та підключення пристроїв введення/виводу. Платформа відповідає SIL3 (клас надійності) і має потрійну систему безпеки для турбін тапарових казанів.
Компанія Alstom – творець 350 електростанцій по всьому світу, у тому числі й кількох нестандартних. Наприклад, електростанція Нейрата (Neurath plant) у Німеччині – найбільша у світі електростанція на перегрітій парі на бурому куті з потужністю 2 х 1,1 ГВт. Також компанія встановила величезну турбіну потужністю 1750 МВт для атомної електростанції у Фламанвілі (Flamanville), Франція. Компанія заслужила свою репутацію завдяки використанню альтернативних джерел енергії, високоефективних технологій та надійних засобів управління.