ГТУ-ТЭС на предприятии в Нидерландах: модернизация за три недели

П. В. Каленюк – OPRA Turbines

Компания OPRA модернизирует мини-ТЭС в Нидерландах, где в качестве топлива может применяться низкокалорийный синтез-газ. Первая часть проекта, включающая поставку и ввод в эксплуатацию новой газотурбинной установки, реализована всего за 21 день.

Консорциум Siniat занимает лидирующую позицию в Европе и Латинской Америке по поставке продукции на основе гипса. Одно из предприятий консорциума, занимающееся производством гипсокартона, располагается в г. Делфзейл (Нидерланды). Производственые мощности завода позволяют выпускать ежегодно около 28 млн м2 гипсокартона. Ассортимент выпускаемой продукции включает также стальные профили, шпаклевочную массу, различные виды клея.
Для обеспечения непрерывного технологического процесса требуется постоянно 1,8 МВт электроэнергии и 5,8 МВт тепла в виде горячего воздуха для сушки. Так, для установок кальцинации необходимы горячие газы температурой 500…900 °С, для сушки изделий – температурой 250…450 °С.
Еще в 1980 году, создав собственный энергоцентр для обеспечения производственных потребностей, компания оценила преимущества, которые дает когенерация с использованием радиальных газовых турбин. И несмотря на то что в мини-ТЭС были применены устаревшие технологии с низким электрическим коэффициентом полезного действия (14 %), предприятие полностью удовлетворяли такие характеристики, как высокая надежность, низкие затраты на эксплуатацию и тепловая эффективность газотурбинных установок радиальной конструкции.
В 2013 году на предприятие Siniat были приглашены специалисты компании OPRA, чтобы оценить возможность замены существующего оборудования современными высокоэффективными радиальными газотурбинными установками OPRA с более высокой производительностью (электрический КПД около 26 %). Проведенные расчеты подтвердили быструю окупаемость модернизации, и в 2014 году проект был реализован.
При этом перед компанией была поставлена задача провести весь комплекс работ по замене устаревшего и полностью выработавшего ресурс оборудования в течение 21 календарного дня. Такой срок был ограничен жесткими рамками ежегодно проводимого планового останова завода на ремонтные и регламентные работы.
Специалисты компании OPRA успешно справились с этой непростой задачей. Это стало возможным благодаря максимальной заводской готовности оборудования контейнерного исполнения, а также слаженной работе команды, обладающей большим опытом в проведении подобных работ. Все установки, выпускаемые компанией, проходят полный цикл испытаний на заводе-изготовителе, что свело к минимуму объем полевых работ на площадке эксплуатации (фото 1).
Газотурбинная установка ОР16, в связи со спецификой производства, работает в островном режиме для выдачи всей мощности в собственную сеть завода. Кроме того, выхлопные газы (8,7 кг/с) температурой 575 °С непосредственно передаются на сушилки и декарбонизаторы предприятия. А поскольку в составе выхлопных газов присутствует 15 % кислорода, стало возможным использовать установки прямого дополнительного дожига для повышения тепловой мощности в тех случаях, когда это необходимо для производственного процесса.
Как результат, общая электрическая и тепловая эффективность энергоблока ОР16 превысила 85 %. Такой высокий суммарный КПД в совокупности с низкими эксплуатационными затратами привел к существенной финансовой экономии предприятия, одновременно позволив значительно снизить уровень эмиссии углекислого газа.
Также сохраняется низкая стоимость эксплуатации оборудования. За счет радиальной технологии и консольной конструкции ротора турбины практически не расходуется смазочное масло (около 200 л на 8000 часов работы). На начальном этапе установка оснащалась турбиной ОР16 со стандартной камерой сгорания 3А, предназначенной для работы на природном газе. Но вблизи производственной площадки Siniat строится предприятие, на котором одним из побочных продуктов технологического процесса является низкокалорийный синтез-газ с низшей теплотворной способностью 8…12 МДж/кг. Для большинства ГТУ газ с подобными свойствами непригоден для использования в качестве топлива. Но при оснащении камерой сгорания 3С, специально разработанной компанией OPRA для работы на низкокалорийных газах, синтез-газ может применяться в качестве топлива. Причем, модернизации подвергается только камера сгорания и топливная система ГТУ, что может быть выполнено непосредственно на объекте.
Остальные компоненты и узлы установки остаются без изменений.
Широчайший диапазон видов топлива, на которых может работать новая установка, включает (но не ограничивается при этом): синтез-газ, свалочный и коксовый газ, биогаз, пиролизное масло и биоэтанол. Газовые турбины OP16-3C могут работать на топливе с теплотворной способностью от 10 МДж/кг, а в некоторых случаях и с более низкой. Оборудование успешно прошло испытания при работе на различных видах топлива, включая пиролизное масло и синтез-газ с теплотворной способностью 6 МДж/кг.
Нужно отметить, что при необходимости установка может работать в двухтопливном режиме, при любом соотношении синтез-газа и природного газа в топливной смеси. Иными словами, ГТУ ОР16-3С могут работать на 100 %-м синтез-газе, 100 %-м природном газе и на любой комбинации этих газов в топливной смеси, без потери эффективности и снижения эксплуатационных показателей.
Синтез-газ значительно дешевле природного газа, к тому же, при его использовании предприятия освобождаются от налогов, связанных с эмиссий СО2 при его утилизации. Таким образом, завод Siniat, используя данный газ в качестве топлива для работы энергоцентра, удваивает финансовую экономию.
Строительство завода с выработкой синтез-газа находится в активной фазе, и между концерном Siniat и компанией OPRA достигнута договоренность о том, что, как только производство будет запущено, специалисты компании проведут модификацию установок, обеспечив работу на этом топливе. Такая модификация планируется в конце текущего года.
Помимо этого, при модернизации нужно было учесть еще одну особенность – наличие на площадке большого количества мелкодисперсной пыли в воздухе (преимущественно гипсовой), которая приводит к быстрому выходу из строя фильтров системы воздухоподготовки. Чтобы не допустить такого загрязнения, были применены самоочищающиеся фильтры собственной разработки компании OPRA на базе стандартных фильтрующих элементов. До этого они хорошо зарекомендовали себя в проектах, реализованных в условиях пустыни. Система самоочистки фильтров является полностью автоматической и значительно улучшает эксплуатационные характеристики фильтрующих элементов. Увеличивается срок их службы, что в свою очередь сокращает и без того низкие затраты на ежегодное техническое обслуживание установок OP16. Турбины и Дизели