Паровинтовая машина ПВМ-1000 обеспечивает электроэнергией центральную котельную в г. Муравленко

А. И. Богачева – ЗАО «Эко-Энергетика»
М. Н. Никитин – глава администрации г. Муравленко
А. Н. Шаповалов – МУП «Муравленковские коммунальные системы»

В г. Муравленко, расположенном в Ямало-Ненецком АО, введена в эксплуатацию энергетическая установка электрической мощностью 1 МВт на базе паровинтовой машины ПВМ-1000. Особенность агрегата в том, что он не расходует топливо – энергия вырабатывается за счет теплового перепада пара. Собственный источник энергии в котельной не только повысит надежность электроснабжения объекта, но и снизит затраты на покупку электроэнергии.

России, как и во всем мире, все большее распространение получают новые технологии энергосбережения. К ним, в частности, относится использование энергии пара для выработки электроэнергии в котельных и перевода их в мини-ТЭС.
С этой целью в центральной котельной г. Муравленко была установлена паровинтовая машина ПВМ-1000 мощностью 1 МВт, предназначенная для выработки тепловой и электрической энергии за счет преобразования теплоперепада пара. Использование источника энергии малой мощности позволяет осуществлять как автономную, так и синхронную работу с энергосистемой.
Финансирование проекта проводилось из собственных средств МУП «Муравленковские коммунальные системы», а также за счет участия ЗАО «Эко-Энергетика» в программе «Финансирование для инноваций и модернизаций». Расчетный срок окупаемости энергоблока составляет 2,2 года, себестоимость вырабатываемой электроэнергии – 0,23 р./кВт·ч. Установка ПВМ позволит снизить себестоимость вырабатываемого тепла и удерживать тарифы на отпускаемую потребителям тепловую энергию на низком уровне. Это является одной из важнейших задач администрации города.
Проект разработан петербургской фирмой «ЗиоСаб-Дедал». ПВМ-1000 изготовлена на предприятиях С.-Петербурга согласно конструкторско-технологической документации ЗАО «Эко-Энергетика».
Центральная котельная г. Муравленко установленной мощностью 218 МВт обеспечивает потребителей города тепловой энергией. Присоединенная тепловая нагрузка составляет 127 МВт. Потребляемая мощность электрооборудования – 1,8 МВт. Котельная оборудована десятью водогрейными котлами ДЕВ 15-14 ГМ и двумя паровыми – ДЕ 25-14 ГМ. Пар используется для подогрева сетевой воды в четырех пластинчатых теплообменниках и для собственных нужд.
Центральная котельная работает 8400 часов в году, при этом проводится необходимое техническое обслуживание оборудования с перерывом в подаче пара. Летняя нагрузка обусловлена потребностью центральных тепловых пунктов в теплоносителе для нужд горячего водоснабжения.
По надежности теплоснабжения котельная относится к I категории. В качестве основного топлива используется осушенный попутный нефтепромысловый газ. Электроснабжение осуществляет ОАО «Тюменьэнерго».
Энергоустановка смонтирована на новом фундаменте в существующем неиспользуемом помещении насосных установок. ПВМ имеет два корпуса: высокого давления с впускным патрубком и низкого – с выпускным патрубком, ведущий и ведомый винтовые роторы. На валах установлены лабиринтные и радиально-щелевые уплотнения, опорные и упорные подшипники.
Ведущий и ведомый роторы в поперечном сечении имеют, соответственно, 4 и 6 винтовых зубьев, которые находятся в зацеплении с гарантированным зазором. Роторы связаны между собой при помощи синхронизирующих шестерен. При работе роторы не касаются друг друга и не подвергаются эрозионному износу со стороны влажного пара. В процессе эксплуатации стальные роторы и корпус покрываются черной оксидной пленкой, т.е. подвергаются «воронению».
Острый пар через впускное окно поступает к винтовым зубьям роторов, расширяется в полостях, образованных впадинами зубьев, и удаляется из машины через выпускной патрубок. Выходной вал ведущего ротора ПВМ соединяется с электрогенератором. При параллельной работе с электрической сетью 0,4; 6; 10 кВ используется асинхронный генератор.
Установленные в котельной паровые котлы ДЕ 25-14 ГМ производительностью 25 т/ч вырабатывают насыщенный пар давлением 0,8…1,4 МПа при температуре 176…196 °С. Для теплофикационных нужд (пароводяных пластинчатых теплообменников) требуется давление 0,2…0,6 МПа, таким образом, существует неиспользуемый перепад давления. Пар направляется в энергоустановку, и часть тепловой энергии пара преобразуется в электроэнергию.
Агрегат на основе паровой винтовой машины ПВМ-1000 позволил котельной перейти на комбинированный режим работы. Выработка электроэнергии осуществляется за счет использования высокопотенциальной энергии пара, бесполезно дросселируемого на большинстве котельных. Таким образом, при незначительных дополнительных расходах топлива и эксплуатационных затратах вырабатывается достаточно дешевая электроэнергия.
Такой вариант реконструкции котельных может обеспечить собственные нужды отопительных и производственных котельных в электрической энергии – ее себестоимость составит 10-15 копеек за 1 кВт·ч без учета топливной составляющей. При этом сокращаются расходы на приобретение сетевой энергии, снижается себестоимость произведенной тепловой энергии (теплоснабжение). Это значительно повышает эффективность котельной и является энергосберегающим решением.
Совместное производство электроэнергии не нарушает режим работы основного производства. Отработанный в ПВМ пар, термодинамические параметры которого позволяют использовать его по основному назначению, направляется на технологические нужды и в теплообменные аппараты.
Реализована электрическая схема отбора мощности энергоустановки при параллельной работе с сетью предприятия. В состав установки входит асинхронный генератор, поэтому выдача энергии не оказывает дестабилизирующего влияния на сеть. При эксплуатации мини-ТЭС сохраняется связь котельной с энергосистемой, обеспечивая покрытие собственных нужд при прекращении подачи электроэнергии от генератора. Возможно производство электроэнергии не только для собственных нужд, но и для продажи стороннему потребителю.
С ростом цен в России на электроэнергию и приближению их к мировому уровню собственное производство энергии станет значительно более рентабельным. При установке паровинтовой машины дополнительно вырабатывается 50…60 кВт электрической мощности на каждую тонну произведенного пара и на 10…15 % увеличивается коэффициент использования топлива.
Паровинтовая машина имеет 100 %-ю заводскую готовность, смонтирована на раме, достаточно проста при монтаже и в эксплуатации. Моторесурс ПВМ составляет 60 тыс. часов до капитального ремонта, с возможностью его продления. Высокая ремонтопригодность обеспечивается за счет отсутствия сложных узлов и агрегатов. Ремонтные работы на ПВМ проводятся один раз в три года (около 15000 часов работы) и включают в себя в основном ремонт подшипников скольжения и уплотнений. Разборка и сборка машины выполняется непосредственно на месте силами двух слесарей средней квалификации и составляет в среднем, соответственно, 4-6 человеко-дней.
Перевод котельной в режим мини-ТЭС путем установки ПВМ обеспечивает следующие преимущества:
•    производство дешевой электрической энергии (когенерация);
•    утилизацию бесполезно теряемой энергии дросселируемого пара (энергосбережение);
•    отсутствие вредного воздействия на окружающую среду;
•    высокую эксплуатационную надежность и безопасность;
•    возможность установки агрегата в существующем здании котельной (без сооружения дополнительных строений и массивного фундамента);
•    небольшие сроки (1-1,5 года) на проведение реконструкции котельной с переводом в режим мини-ТЭС;
•    расход топлива на выработку электроэнергии на уровне 165…185 г у.т./кВт·ч;
•    себестоимость произведенной электроэнергии без учета топливной составляющей на уровне 0,10…0,15 р./кВт·ч.
Паровинтовая машина является новым типом парового двигателя. Она разработана в России компанией «Эко-Энергетика» и аналогов за рубежом не имеет. На конструкцию ПВМ, ее узлов и систем получено около 25 патентов в России и за рубежом.
Технические преимущества ПВМ перед лопаточной паровой турбиной:
•    высокий КПД расширения – 0,7…0,75 в широком диапазоне режимов (конденсат, образующийся при расширении пара, заполняет зазоры между рабочими частями, уменьшая тем самым протечки пара и повышая КПД);
•    простота конструкции, высокая ремонтопригодность;
•    продолжительный межремонтный ресурс в результате отсутствия взаимного касания роторов и, соответственно, механического износа;
•    использование пара любой влажности, в то время как минимальная степень сухости пара на выходе лопаточных турбин составляет 88 % (влажный пар вызывает эрозионный износ лопаток). Известно, что подавляющее большинство котлов малой производительности не имеет пароперегревателей, поэтому они вырабатывают сухой насыщенный пар. При его расширении в проточной части турбины степень сухости снижается, что способствует преждевременному выходу установки из строя;
•    неприхотливость к качеству пара, наличию в нем частиц окалины, грязи;
•    высокая маневренность при изменении режима работы, быстрый пуск и останов;
•    меньшие габариты и масса ПВМ по сравнению с лопаточной турбиной аналогичной мощности, что важно при размещении машины в действующем здании котельной;
•    высокая эксплуатационная надежность и безопасность при возникновении аварийных ситуаций.
Энергетические установки на основе высокотехнологичных паровых винтовых машин могут широко использоваться как в котельных жилищно-коммунального сектора, так и в котельных промышленных предприятий ЯНАО. Технология будет востребована для преобразования существующих и вновь вводимых котельных в мини-ТЭС.

ЗАО «Эко-Энергетика» является разработчиком и владельцем передовой отечественной технологии в области энергосбережения – винтовой паровой машины ПВМ (патент на изобретение № 2374455 «Паровая винтовая машина»).
Компания входит в Государственный реестр инновационных организаций. Являясь экспертной организацией подкомитета по малой энергетике ГД РФ, она участвует в Комплексной программе мероприятий по реализации инновационной политики.
Разработки ЗАО «Эко-Энергетика» – энергетические агрегаты на основе винтовой паровой турбины ПВМ – позволяют перейти на комбинированный режим работы в промышленных и отопительных котельных. Это соответствует основным направлениям деятельности технологической платформы «Малая распределенная энергетика», соучредителем которой является компания.
Инновационные решения в области энергосбережения, предлагаемые ЗАО «ЭкоЭнергетика», непосредственно направлены на выполнение Закона «Об энергосбережении», а также основных положений о внедрении энергоэффективных технологий, обозначенных Президентом РФ Д.А. Медведевым в своем выступлении 23 марта 2010 года. Турбины и Дизели