Газопоршневые электростанции ГПЭС, дизельные электростанции ДЭС
ГПЭС и ДЭС используются для децентрализованного электроснабжения потребителей, изготовливаются из силовых агрегатов Caterpillar являются эталоном качество электрической энергии и надежности в эксплуатации. Производитель готов предоставить длительную гарантию, до 6 лет на выработку электроэнергии, что немаловажно для надежности и окупаемости при реализации энергетических проектов. ГПЭС и ДЭС имеют жесткую рамную конструкцию, при единичных мощностях до 2500 КВТ могут быть транспортированы к месту эксплуатации обычным транспортом по дорогам общего пользования.
Принцип работы газопоршневой электростанции ГПЭС и ДЭС заключается преобразовании механической энергии газового или дизельного двигателя в электрическую энергию, посредством генератора, размещенного с двигателем на одном валу. ДЭС используют любые марки имеющегося дизельного топлива (Diesel Fuel), а ГПЭС используют в качестве топлива практически любой горючий газ, в том числе газ сетевого качества CNG (Compressed Natural Gas), попутный нефтяной газ LPG (Liquified Petroleum Gas), свалочный газ Biogas .
Виды топлива для ГПЭС.
Топливные системы газопоршневых двигателей.
Системы охлаждения ГПЭС.
Основные топлива.
Топлива, используемые сегодня в двигателях внутреннего сгорания, состоят из углеводородов, источником которых являются нефтегазовые или чисто газовые скважины. Природный газ сетевого качества, наиболее часто используемый вид топлива из всех нефтяных газов, состоит в основном из метана в количестве определенный государственными и отраслевыми стандартами. Газ нефтегазовых скважин включает в себя CH4 и углеводороды более высокого порядка парафинового ряда.
Теплота сгорания углеводородного сырья определяется количество энергии выделяемым во время сгорания каждого из его компонентов в присутствии необходимого количества кислорода (воздуха). В случае использования любого углеводорода в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания, одним из продуктов сгорания будет являться вода. Причём её количество будет различным для различных видов углеводородного топлива.
Многие топлива включая природный газ, газ вторичной переработки, газ из органических отходов и так далее, могут эффективно использоваться в газовых двигателях но требуют для себя различных степеней сжатия и установки угла опережения зажигания, подбора специальной топливной системы. Некоторые виды углеводородных смесей могут быть вообще не пригодны для использования в газопоршневых электростанциях ГПЭС.
Детонационная стойкость.
Для определения пригодности для поршневых двигателях одним из первых был применён метод определения детонационной стойкости, где вклад от каждого компонента, учитывался в соответствии с процентным молярным объемом его содержания, умноженным на число детонационной стойкости.
В настоящий момент каждый разработчик/производитель газопоршневых двигателей имеет свою методику определение детонационной стойкости неизвестного газообразного топлива. Подобные проверки на детонационную стойкость, является обязательным условием при заказе установки, ведь в случае ошибки двигатель будет работать в ненормальном режиме. Воспламенение топливной смеси в камерах сгорания будет происходить от сжатия, и мы услышим характерный стук, напоминающий удар молотка по железному основанию. Мы обладаем несколькими программами расчета метанового числа и, с удовольствием, поможем вам выбрать двигатель для работы на смеси углеводородов.
Для общего представления, метановые индекс или число, величина безразмерная и для некоторых составляющих углеводородных газов принимает следующие значения: метан -100, этан -44, водород -0. Как вы видите в таблице, каждый горючий газ для полного сгорания своего объема требует определенный объем воздуха. Количественное отношения газа и воздуха для полного сгорания является стехиометрическим воздушно-топливным соотношением или химический корректным. Для всех топливных газов необходим небольшой лишек воздуха для полного сгорания, сверху корректного воздушно топливного отношения.
Стандартный вид топлива.
Природный газ. Состав природного газа на выходе постоянно меняется по мере добычи, от скважины к скважине, от пласта к пласту. Природный газ, в своем начальном состоянии, получаемый из нефтегазовых скважин часто называют попутным нефтяным газом ПНГ или жирным газом. Термин жирный газ говорит о наличии или отсутствии в его составе жидких углеводородов бутана, пентана и т. д., имеющих большую калорийность при сгорании. Для транспортирования газа по газотранспортным сетям жидкие фазы удаляются, и мы получаем сухой газ. Содержание энергии в природном газе передаваемом по трубопроводам определяется содержанием в смеси метана, этана и пропана в молярных или объемных процентах.
Сернистый нефтяной газ.
К сернистым относят нефтяной газ с высоким содержанием соединений серы более 10 ppm , в основном это сероводород H2S, и меркаптаны. Нейтральные нефтяные газы, - это топливо с низким содержанием серы менее 10 ppm, которые могут использовать в двигателе генераторной установки без дополнительной обработки или изменения в конструкции двигателя. На графике key.ru показан максимальный допустимый уровень сероводорода, при любых обстоятельствах, однако его использование потребует определённых, более дорогих параметров эксплуатации и соответствующего графика технического обслуживания.
Сернистые газы, используемые в качестве топлива, даже при небольших концентрациях серых вызовут коррозию внутренних деталей и поверхностей двигателя, поверхности теплообмена турбокомпрессора и масляного теплообменника. Настоятельно рекомендуется очищать сернистый газ перед использованием в газовом двигателе ГПУ до уровня сероводорода да сетевом газе. Для защиты двигателя уровень сероводорода в нефтяном газе можно понизить химически активными фильтрами, сорбентами, реактивными растворами или, в последнее время, мембранами. Содержание серы на уровне всего 10 ppm в топливном газе, сократит пробег двигателя установки до планового ремонта в два раза.
Снизить негативное влияние сернистого газа можно следующими мероприятиями:
- Поддерживайте температуру охлаждающей жидкости на выпуске на максимально возможном уровне +98 С
- Поддерживайте температуру масла в поддоне картера на уровне минимум +93С
- Регулярно проверяйте качество масла, чтобы замечать любые проблемы с ними и бороться
- Используйте масло с высоким общим щелочным числом.
- Запускайте двигатель на нейтральном газе и переводите его газ сернистый после достижения рабочих температур, остановку производите в обратном порядке.
- Используйте принудительную вентиляцию картера двигателя.
Газ из органических отходов.
Свалочный газ. На городских свалках с годами образуются большие объемы газа, по причине биологического разложение всех видов органических отходов. Такой газ получают бурением скважин и установкой перфорированных труб, его можно откачивать, фильтровать использовать в коммерческих целях. Для получения свалочного газа свалка должна содержать смешанные твердые бытовые отходы жизнедеятельности человека , при минимальном количестве строительного мусора. Полигон твердых бытовых отходов должен иметь содержать от 1 млн. тонн отходов при глубине их слоя от 15 и более метров.
Влияние топлива на работу двигателя внутреннего сгорания.
Как мы исследовали ранее, топливные газы это всегда смеси состоящее из нескольких газов , каждый из которых для полного сгорания требует определенный объем воздуха. Каждой газ сгорает в присутствие соответствующего объема кислорода, вырабатывает определённое количество тепла. Газопоршневые двигатели вырабатывают энергию пропорциональную низшей теплоте сгорания НТС топлива . Для определения номинальные мощности любого двигателя без турбо наддува сравнивают низшую теплоту сгорания имеющегося топливо с величиной НТС топлива, использованного для тестирования установки изготовителем на заводе.
Для двигателей с турбокомпрессором, плотность воздушно топливной смеси повышается от ее сжатия. Это процедура повышает расход топлива и делает смесь более калорийный. Использование турбокомпрессора для низкокалорийных топлив, должно подтверждаться отдельным расчётом производителя.
Программа расчёта метанового индекса числа. Результатом расчётов программы является метановое число, которое однозначно свидетельствует о возможности использования расчётного газа для той или иной установки. Кроме этого программа рассчитывает калорийность топлива , низшую НТС и высшую ВТС теплоту сгорания, объём воздуха требуемый для сжигания объёма газа, стехиометрическое отношение, отклонение параметров выходной мощности от номинала, дерейтинг мощности при использовании низкокалорийных газов и произвольных газовых смесей.
Детонация газопоршневой электростанции ГПЭС.
Металлический стук в цилиндрах, при работе двигателя называется детонации. Детонация существенно сокращает срок службы двигателя из-за огромных температурных и механических напряжений. Детонация имеет место при сгорании топливной смеси в локализованных зонах, либо при преждевременном воспламенение от другого источника, чем свеча и перед воспламенением свечи. Эту проблему сгорания топливной смеси необходимо учитывать и избегать при конфигурации двигателя, при наладочных работах на конкретном топливе.
Настоятельно рекомендуем исследовать режимы работы ГПЭС при постепенном и резком наборе и снижении мощности, работу в зоне максимальных нагрузок, рассмотреть все возможные переходные режимы.
Тенденцию топливной смеси к детонации, можно определить его метановым числом, которое указывает на высокую или низкую детонационную стойкость. Чем выше число , тем больше стойкость, и наоборот.
Так называемые нефтегазовые генераторные установки, изготовлены с низкой степенью сжатия топливной смеси 8:1, выдают потребителю номинальную мощность уже при метановом индексе топлива в более 30. Генераторные установки на высококачественный сетевой газ работают в диапазоне метановых чисел от 100 до 80, степень сжатия таких двигателей 11:1, 12:1.
Такие конструктивные решения связаны с тем, что различные смеси углеводородного сырья могут допускать различные степени сжатия перед тем, как они самовоспламеняться и дадут ощутимый стук в рабочем состоянии под нагрузкой. Такая степень сжатия называется критической, в таблице она указана для наиболее распространенных газов. Данные были получены в ходе лабораторных испытаний при заданных условиях и могут чем-то отличаться от степеней сжатия в вашем случае.
Установка угла опережения зажигания.
Необходимая величина угла опережения зажигания публикуется в руководствах по техническому обслуживанию и запуску газопоршневых двигателей. Максимальное давление в камере сгорания возрастает по мере увеличения угла опережения зажигание, чрезмерное увеличение угла опережения зажигания является тенденцией к детонации, увеличивает одновременно давление и температуру в камерах сгорания. Детонация имеет тенденцию к проявлению при высоких нагрузках, в переходных периодах - в момент её снижение или увеличения.
Температура воздуха на входе.
Детонация также происходит когда температура топливовоздушной смеси превышает температуру воспламенения, поэтому повышение температуры воздуха на входе увеличивает возможность повышение температуры смеси, вызывающий детонацию. Это объясняет неудовлетворительную работу двигателей на каком-либо топливе в летние месяцы, даже если зимой такие проблемы не проявлялись. Газовый двигатель имеет тенденцию к снижению мощности при повышении температуры воздуха на входе, это объясняется низкой плотностью получающейся смеси.
Воздушно-топливное отношение.
Когда воздушно-топливное отношение близко химически корректному отношению кислорода и топлива, достигается оптимальные условия сгорания. Обедненная или обогащенная смеси снижают вероятность детонации. Предпочтительнее использовать обедненные смеси, имеющие излишек кислорода в выхлопных газах, который обеспечивает полное сгорание топлива, давая его минимальный расход. Этот факт также снижает тепловую нагрузку на двигатель и повышает пределы отсутствие детонации.
Использование обогащенных топливом смесей имеет преимущество при использования в газопоршневой установке работающей в островном режиме, где важна приемистость механизма и высокий вращающий момент. Расход топлива в этом случае будет повышенным и возрастет вероятность неполного его сгорания, что может закончиться к массовому образованию сажи, перегреву и аварийной остановке.
Токсичность выхлопных газов.
К методам сжигания, используемые многими компаниями для ограничения токсичности выхлопных газов на их газовых двигателях, относят обедненное сжигание. Сильно обедненная воздушно-топливная смесь подается в камеру сгорания, излишек воздуха снижает температуру сгорающего газа. Избыток воздуха снижает токсичность выхлопных газов за счет ограничения образованием окислов азота.
Практически очень важно поддерживать постоянное воздушно-топливное отношение, чтобы сохранять выбросы от двигателя на минимальном уровне. В общем случае вид и качество топлива не оказывают существенного влияния на токсичность выхлопных газов.
Изменения в теплоте сгорания или в температуре поступающего топлива, могут существенно влиять на уровне токсичности выхлопных газов двигателей, которые не имеют контроль за воздушного топливным-отношением. Газы вторичной переработки, генераторные газы и газы нефтегазовых скважин существенно отличаются по теплоте сгорания и требуют строгого контроля за своим использованием в газопоршневых электростанциях.
Изменения теплоты сгорания.
Изменения теплоты сгорания в топливной смеси будут вызывать изменения воздушно-топливного отношения, необходимого для контроля токсичности выхлопных газов на безопасном уровне. Карбюраторная система приготовления топливной смеси рассчитана на поддержание постоянного воздушно-топливного отношения, на основе объемный соотношений в момент смешивания. Такое эталонное отношение характерно для определенной рабочей точки нагрузки генераторной установки. Любое изменение теплоты сгорания топлива приведет к нарушению соотношения и изменит уровень токсичности выхлопных газов.
Если поставщик газа подает потребителю для отопления и приготовления пищи газовые смеси различного состава, для ГПЭС такой маркетинговый подход может закончиться увеличением токсичности выхлопных газов и необходимости провести дополнительную регулировку карбюратора.
Температура топлива.
Изменение температуры топлива может изменить уровень токсичности выхлопных газов конкретного двигателя , потому что карбюраторы газовых двигателей впрыскивает топливо в поступающий воздух на основе их объёмный отношений. Температура топлива влияет на его плотность и приводит к изменению его объема и воздушно-топливного отношение. Увеличению плотности топлива фактически означает увеличение его фактического количества в данном объеме топливной смеси. Если топлива будет больше присутствовать по массе, то это приведет к обогащению воздушно топливной смеси.
Для поддержания практически постоянный токсичности выхлопных газов двигателя необходимо использовать топливную систему оборудованную системой автоматического управления соотношением топливо воздух, в данном случае исполнительным органом будет карбюратор с управляемым потоком или коэффициентом смешения. Обращаем ваше внимание особо на загрязняющие примеси, которые могут попадать в линию подачи воздуха для сгорания например хлор , соединение содержащие серу, соединения галогенов, общий уровень механических частиц и их фракции . Указанных случаев конечно же следует по возможности избегать.
При низких температурах углеводородные газовые смеси могут конденсироваться частью своих жирных составляющих и попадать в двигатель.Наличие жидкой фазы, капельной жидкости, влажность на грани конденсации недопустимы в топливе. Если у вас всё же присутствуют в топливе жидкие фазы мы рекомендуем удалить их их :
- Путем повышения температуры топлива
- Установкой коалесцирующего фильтра
- Использованием влагопоглощающих жидких или твердых реагентов.
Напоминаем, что попадание жидкости в двигатель приведет к серьезной его аварии.
В качестве примера разберем один из способов борьбы с детонацией газового двигателя.
Коррекция угла опережения зажигания, как вы заметили на графиках электронной системы управления газовым двигателем, несущественно влияет на уменьшение детонации, однако во многих практических случаях ее ограничение на 3 уровне является лостаточным для длительной эксплуатации установки. Детонация на уровне 2 единиц является наиболее приемлемым режимом работы ГПЭС, но достижима на природном газе с высоким метановым числом более 80.
Для ответа на вопрос, какая генераторная установка мне нужна, необходимо знать:
- Состав имеющегося горючего газа и его давление.
- График электрических нагрузок потребителя существующий и планируемый.
- Решение по поводу того, где планируется ее установить.
- Планируете работа электростанции совместно с другими генераторными установками или с сетью.
Мы в кратчайшие время подберем для вас оптимальный вариант энергоснабжения вашего объекта, транспортируем ГПЭС на место эксплуатации, запустим и выдадим электрическую энергию в ваши сети.
Отвечаем сразу на ваш вопрос о стоимости вашей электроэнергии, в первом приближении она составит 45-50% стоимости 1 м3 топливного газа , в расчете на 1 КВт/ч электрической энергии и 25 -30 % стоимости 1 м3 топливного газа , в расчете на 1 КВт/ч электрической энергии и тепловой энергии при совместном их получении. Готовые к подключению электростанции могут быть укомплектованы различными системами управления и защиты, от ручного управления до самых высоких степеней автоматизации. Скачать на опросный лист
