В последние годы, в связи с опережающими темпами ростов тарифов на электричество, многие предприятия и организации реализовали инвестиционные проекты и построили собственные электростанции для производства и генерации электроэнергии.

Несмотря на высокие первоначальные вложения, выгода при строительстве собственной электростанции довольно очевидна: предприятие не платит часть тарифа на передачу электрической энергии, которая в конечной стоимости электричества составляет до 50%.

Более того, в этом случае предприятие экономит на оплате стоимости технологического присоединения к электрическим сетям. Особенно это актуально для регионов с нехваткой сетевой мощности электроснабжения.

В процессе выработки электроэнергии используется часть тепла от сжигания топлива, которая обладает высокой энергией и температурой. Побочным продуктом при выработке электроэнергии является теплота не более 600оС в областях средних и низких температур. В зимнее время это тепло можно применять для обогрева зданий. Летом можно использовать в непрерывных технологических процессах.

В процессе сушки полезных ископаемых традиционно применяются топки на газовом топливе. В процессе сгорания газа образуется высокоэнергетичная зона горения, имеющая температуру до 1700-1900 ^оС. Образующийся при этом перегретый газ разбавляется холодным подмешиваемым воздухом. Температура газа значительно уменьшается, и низкотемпературная смесь подается в сушильные аппараты для технологических процессов.

Предложение заключается в использовании высокой энергии сгорания газа для выработки наиболее ценного вида энергии – электрической. При использовании ГТУ эта часть энергии составляет до 32%, но обладая значительно большей ценой, окупает расходы на весь потребляемый природный газ. Выхлопные газы после ГТУ с низкой температурой, но содержащие до 70% тепловой энергии, направляются на технологические процессы.

Рис. 1. Технологическая схема

Далее приводятся сведения о работе ГТУ и ее отдельных элементов.

Специализированная ГТУ (рис. 2) предназначена для совместной работы с технологическими сушильными агрегатами. Установка поставляется в блочно-контейнерном исполнении. Технические характеристики контейнера: контейнер утеплен, оборудован системой вентиляции для охлаждения компрессоров, состоящей из входных и выходных роллет с электроприводом. Вентиляционные проемы оборудованы жалюзи снаружи контейнера. Система охлаждения предусматривает отвод воздуха за пределы контейнера. Специальные воздуховоды для выхода теплого воздуха от компрессоров оборудованы дополнительной задвижкой для контроля и поддержания заданной температуры внутри контейнера.

Рис. 2. Общий вид энергоагрегата

В составе установки предусмотрена система гарантированного (аварийного) электропитания, включающая выпрямитель, аккумуляторную батарею, инвертор для питания постоянным и переменным током систем управления и защиты.

В качестве топлива для ГТУ используется природный газ. Использование резервного топлива не предусматривается. Топливо – природный газ с H = 31,8 МДж/м³(ГОСТ 5542-2014 «Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия»). Избыточное давление природного газа для ГТУ 2,4÷2,9 МПа.

Отводящие газоходы выполняются из материала, который способен длительно выдерживать максимальную температуру подаваемых газов в сушильные барабаны в любом режиме работы ГТУ. Толщина стенки имеет запас на коррозийный износ в течение расчетного срока службы.

На одном валу с ГТУ смонтирован синхронный трехфазный генератор с соединением звездой, с бесщеточной системой возбуждения, с датчиками вибрации, на подшипниках скольжения. Мощность электрическая Nэл = 6-8 МВт, напряжение 10,5 кВ; частота 50 Гц; скорость вращения ротора n = 1500 с^-1, с системой воздушного охлаждения (табл. 1). Генерируемая энергия соответствует ГОСТ 32144-2013, синхронизируется с электросетью и выдается на шины ЗРУ-10 кВ, частично покрывая потребности предприятия в электроэнергии.

Табл. 1. Основные параметры и технические характеристикиэнергоагрегата

Выхлопные газы ГТУ с содержанием кислорода 15% и температурой 480-500 °С по жаропрочным газоходам подаются в нефутерованные топки (конструкция и производство ООО «Старко и К» и ООО НПФ «ТеплоЭнергоПром», Пермский край) (рис. 3), где происходит дожигание остаточного кислорода с повышением температуры до необходимой в техпроцессе сушки. Далее топочные газы поступают в барабан или печь кипящего слоя (рис. 4)

Рис. 3. Общий вид и конструкция топки «ТеплоЭнергоПром»

Рис. 4. Общий вид печи кипящего слоя «ТеплоЭнергоПром»

 Дожигающие горелки также могут обеспечивать автономный режим сушки без выхлопных газов ГТУ. В нештатных ситуациях возможен сброс выхлопных газов ГТУ в атмосферу (через байпасный клапан). Система подвода выхлопных газов ГТУ, направляемых в сушильные барабаны, обеспечивает достаточную герметичность отключения тракта сбросовых газов при проведении профилактических и ремонтных работ на ГТУ и сушильных барабанах.

Система подвода выхлопных газов ГТУ, направляемых в сушильные барабаны, включает

• газоходы для транспортировки дымовых газов с температурой, определяемой при выборе ГТУ;
• газоплотные (герметичные) запорно-отсечные устройства – клапаны, работающие в среде дымовых газов с параметрами, определяемыми при выборе ГТУ;
• вентиляторы либо компрессоры уплотнительного воздуха для клапанов;
• на газоходах предусмотрены устройства шумоглушения, компенсаторы температурных расширений.

Система автоматизированного управления обеспечивает автоматическое и дистанционное управление оборудованием; защиту систем при аварийных ситуациях; автоматическую многократную синхронизацию, ресинхронизацию и мониторинг (контроль) энергосистемы; подключение генератора к действующей энергосистеме в автоматическом и ручном режиме; учет расхода топливного газа, времени наработки, числа пусков и остановов; передачу полной информации о работе станции.

Термическая сушка конвективным способом основана на испарении содержащейся в концентрате избыточной массовой доли воды в окружающую его газовоздушную среду при нагреве высушиваемого концентрата. Технологический процесс сушки состоит из следующих основных операций:

• подачи в сушильный барабан теплоносителя;
• подачи в сушильный барабан кека (влажный концентрат);
• сушки влажного концентрата с соблюдением аэродинамических и технологических параметров;
• транспортировки готового продукта, отходящих газов;
• очистки отходящих газов от пыли концентрата, нейтрализации стоков мокрой стадии очистки.

В процессе сушки регулируют

• подачу топлива и воздуха (первичного и вторичного) в соответствии с коэффициентом избытка его на горелках и температурой отходящих газов, которая должна выдерживаться в пределах 90-120 °С;
• производительность вентиляторов и дымососа в соответствии с необходимым количеством подаваемого воздуха и разряжением в топке сушильного барабана, которое должно поддерживаться в пределах (-500 ± 300) Па;
• температуру газов в камере смешивания сушильного барабана, которую необходимо поддерживать не более 1 000 °С.

Кроме вышеперечисленных установок ГТУ комплектуется жаропрочными газоходами для подвода выхлопных газов к топкам сушильных барабанов, пунктом подготовки топливного газа, охладителем масла, воздушным компрессором и др. вспомогательным оборудованием. Технические характеристики вспомогательного оборудования зависят от типа конкретной ГТУ и определяются ее изготовителем.

Высокая степень автоматизации с использованием комплексной автоматизированной системы управления, обеспечивает совместную работу газовой турбины и вспомогательного оборудования без постоянного вмешательства обслуживающего персонала.

Энергоагрегат (комплектация Пермского производителя) предназначен для производства и обеспечения электроэнергией промышленных и бытовых потребителей. Выработка электрической энергии переменного тока производится с помощью синхронного трехфазного турбогенератора, приводимого газотурбинной установкой ГТУ-6П на базе двигателя Д-30ЭУ-6. Энергоагрегат может использоваться в качестве основного или резервного источника питания автономно, параллельно с др. источниками электроэнергии или параллельно с энергосистемой. Предусмотрена возможность утилизации тепла выхлопных газов в котле-утилизаторе (в дальнейшем КУ) водогрейном или паровом (параметры и поставщик КУ определяются совместно с заказчиком).

 Топливо – природный, попутный нефтяной газ, дизельное топливо и др.

 Типы выпускаемых энергоагрегатов: переменного трехфазного тока; газотурбинный; с воздушной системой охлаждения; блочно-транспортабельный; одноагрегатный; в контейнерном исполнении полной заводской готовности.

Рис. 5. Общий вид производственной площадки завода (Пермский край)

Аналогичное техническое решение по использованию ГТС зарубежного поставщика для выработки электроэнергии и сушки готового хлорида калия с использованием отходящих газов ГТУ принято к реализации на Петриковском ГОКе ОАО «Беларуськалий».

Затраты по приобретению, проектированию, монтажу такой системы ГТС 6МВт и теплогенератора для сушильных агрегатов не превысит 500 тысяч €. Эта сумма в короткие сроки окупается производимой электроэнергией. При использовании тепловой энергии выхлопных газов срок окупаемости возрастает еще на треть.

Использование отечественных нагревательных модулей производства «ТеплоЭнергоПром» на собственных производственных мощностях (рис. 5) вносит существенный вклад в программы импортозамещения страны и повышения энергоэффективности промышленных и горнодобывающих предприятий.

 

Черных О.Л., Мартемьянов С.А. Использование газотурбинных установок (ГТУ) в процессах сушки рудных концентратов//Глобус геология и бизнес, март 2019, с.169-171. // Техсовет премиум, май 2019, с.30-32.