Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Беккер Виталий Львович

Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы
<
Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Беккер Виталий Львович. Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.03 / Беккер Виталий Львович; [Место защиты: ГОУВПО "Московский государственный строительный университет"].- Москва, 2008.- 132 с.: ил.

Содержание к диссертации

Введение

1. Глава 1. Состояние современного энергетического хозяйства г. Москвы 8

1.1. Энергетическая отрасль в жизнеобеспечении г. Москвы . 8

1.1.1. Состояние основных систем энергоснабжения 10

1.1.2. Основные проблемы энергообеспечения 14

1.2. Пути развития системы тепло- и электроснабжения г. Москвы 16

1.3. Автономное когенерационное энергоснабжение (мини-ТЭЦ) 19

1.3.1. Мини-ТЭЦ на базе газопоршневых установок (ГПУ) 21

1.3.2. Мини-ТЭЦ на базе газотурбинных установок (ГТУ) 34

1.3.3. Мини-ТЭЦ на базе микротурбин 41

1.4. Перспективные методы генерации энергии 46

1.4.1. Топливные элементы 46

1.4.2. Водородная энергетика 49

1.4.3. Двигатели Стирлинга 52

1.5. Мини-ТЭЦ на базе ГПУ как базовый генерационный блок для проведения исследования 56

1.6. Краткие выводы по главе 1 65

Глава 2. Возможности применения мини-ТЭЦ на базе ГПУ в системах энергообеспечения 66

Теплоемкая промышленность 66

Аграрная промышленность 70

Коммунальное хозяйство 74

Автономное энергообеспечение отдельных объектов 76

Работа на альтернативных видах топлива 78

Краткие выводы по главе 2 83

Глава 3. Мини-ТЭЦ на базе ГПУ в системе энергообеспечения промышленной зоны 84

Общие выводы 140

Список литературы 142

Приложения

Введение к работе

Россия располагает значительными запасами энергетических ресурсов и мощным топливно-энергетическим комплексом, который является базой развития экономики, инструментом проведения внутренней и внешней политики.

Энергетический сектор обеспечивает жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства, во многом определяет формирование основных финансово-экономических показателей страны. Природные топливно-энергетические ресурсы, производственный, научно-технический и кадровый потенциал энергетического сектора экономики являются национальным достоянием, и эффективное его использование создает необходимые предпосылки для вывода экономики страны на путь устойчивого развития, обеспечивающего рост благосостояния и повышения уровня жизни населения.

Системы энергоснабжения города Москвы являются одними из самых сложных и наиболее динамично развивающихся объектов в мире. Намеченные Генеральным планом развития города Москвы увеличение объема жилищного фонда, рост площадей коммерческо-деловой сферы, строительство социально-значимых объектов обслуживания, необходимых для достижения нормативного уровня потребности города, развитие и реорганизация промышленного сектора обуславливают значительный рост тепловых и электрических нагрузок.

В условиях ограничений поставок природного газа и сложной экологической ситуации в городе, решение проблем дефицита энергетических мощностей экстенсивным методом, путем ввода в эксплуатацию новых энергоисточников и сетей, неприемлемо.

Сложность систем энергоснабжения и темпы их роста обуславливают целый ряд проблем, которые невозможно решить без системного и комплексного изучения ситуации и планирования развития с учетом реализации потенциала энергосбережения.

Эффективная работа городской энергосистемы предусматривает как надежное и бесперебойное тепло-, электроснабжение уже существующих потребителей, так и присоединение дополнительных городских нагрузок и не может быть осуществлена без ввода новых генерирующих мощностей.

При этом необходимо учитывать, что мероприятия, обеспечивающие интенсификацию энергосбережения, имеют значительно более высокую рентабельность по сравнению с наращиванием энергоресурсов.

Следовательно, наиболее рациональным выходом из сложившейся ситуации является переход к таким технологиям в энергетике, которые обеспечивают экономию ограниченных топливных ресурсов на пути всей цепочки использования энергии первичного топлива от генерации до потребления и платежей. Все это говорит о новой тенденции к развитию малой энергетики, как наиболее экономически эффективной и экологичной отрасли топливно-энергетического комплекса.

Автономные теплоэлектростанции (мини-ТЭЦ) как децентрализованные источники электро- и теплоснабжения хорошо известны и широко используются в развитых промышленных странах. Они заняли важное место на рынке мировой энергетики и продолжают завоевывать его. Этот принцип энергообеспечения сочетает в себе несколько важнейших элементов — топливную и экономическую эффективность, а также соответствует возрастающей потребности к переходу на энергосберегающие технологии.

С целью повышения надежности энергоснабжения города планируется внедрение новых генерирующих мощностей на базе мини-ТЭЦ работающих в когенерационном режиме, имеющих более высокие показатели экономичности и надежности, чем действующие московские ТЭЦ.

Целью проводимого исследования будет являться обоснование эффективности внедрения мини-ТЭЦ, как одного из вариантов решения проблемы удовлетворения растущей потребности города в тепловой и электрической

7 энергии и, одновременно, реализации политики энергосбережения в городском хозяйстве Москвы, в том числе при решении вопросов тепло- и электрообеспечения формируемых промзон города.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - проанализировать современное состояние городских энергоисточников, определить их максимальную мощность и способность покрытия энергетических нагрузок города; выявить основные недостатки и проблемы системы энергоснабжения; проанализировать возможность пополнения недостающих мощностей путем ввода мини-ТЭЦ, работающих в режиме когенерации; выявить основные технологические, экологические, социальные и другие преимущества различных типов мини-ТЭЦ и определить возможные области их применения; разработать методику подбора и создания, эффективных когенерационных энергоцентров сочетающих в себе грамотное комбинирование автономных и централизованных систем для достижения наибольшего топливного и экономического эффекта; - выполнить расчет по разработанной методике на примере реальных объектов и проанализировать полученные результаты; - определить на примере реальных объектов эффективность методики для разработки систем энергообеспечения формируемых промышленных зон города Москвы.

Пути развития системы тепло- и электроснабжения г. Москвы

В настоящее время планируется перевести экономику города в основном на энергосберегающий путь развития и обеспечить: снижение энергоемкости валового регионального продукта в период 2004-2010 годов на 40%. Такое снижение предусмотрено за счет технологического переоснащения производственной базы экономики города. экономию топливно-энергетических ресурсов за счет использования энергоэффективных технологий в размере 16,3 млн. т.у.т. в период 2004-2010 годов. [4]

В целях обеспечения тепловой и электрической энергией жилищного, культурно-бытового и других видов строительства в рамках поэтапной реализации Генерального плана развития города Москвы на период до 2020 года Правительство Москвы разработало основные направления и показатели развития системы теплоэлектроснабжения города, предусматривающие:

1. Увеличение производства тепловой и электрической энергии и создание резерва мощности на источниках.

2. Обеспечение надежного и бесперебойного теплоэлектроснабжения потребителей, в том числе в ремонтных и послеаварийных режимах.

3. Снижение себестоимости производства тепловой и электрической энергии за счет строительства независимых источников, внедрения газотурбинных, парогазовых, газопоршневых установок различной мощности, пневмоэлектрогенераторных агрегатов на основе редуцирования газа, использования биотехнологий для выработки электроэнергии и тепла.

4. Строительство, реконструкцию и техническое перевооружение РТС и КТС, в том числе оснащение существующих РТС собственными источниками электроснабжения, с размещением на их территориях газотурбинного оборудования и преобразованием этих РТС в районные станции теплоэлектроснабжения (РТЭС), а также с установкой на ряде РТС газотурбинных надстроек.

5. Строительство новых генерирующих источников на территории ТЭЦ, реконструкцию и техническое перевооружение ТЭЦ с заменой устаревшего оборудования.

6. Строительство новых, реконструкцию и техническое перевооружение действующих электроподстанций на напряжении ПО кВ, 220 кВ, насосно-перекачивающих станций на тепломагистралях от ТЭЦ.

7. Увеличение объемов реконструкции и технического перевооружения действующих линий электропередач, тепловых магистралей и сетей.

8. Осуществление реконструкции, модернизации и развития действующих систем энергоснабжения с целью максимального использования комбинированного производства электрической и тепловой энергии.

9. Внедрение напряжения 20 кВ с целью эффективного использования мощности питающих центров и увеличения пропускной способности распределительных электрических сетей как стратегическое направление развития системы электроснабжения.

10. Внедрение комплекса мероприятий по энергосбережению в соответствии с Долгосрочной программой энергосбережения в городе Москве, утвержденной распоряжением Премьера Правительства Москвы и Министерства науки и технологий Российской Федерации от 15.01.98 N 36-РП-6, и целевыми краткосрочными программами энергосбережения, включающих: эффективное использование тепловой и электрической энергии в градостроительстве; повышение энергоэффективности в производстве, передаче и потреблении тепловой и электрической энергии.[3]

В январе 2004 года правительство Москвы приняло постановление №3-ПП «О развитии генерирующих мощностей в городе Москве». Функции заказчика и координатора всех работ по развитию собственных генерирующих мощностей возложены на Департамент топливно-энергетического хозяйства г. Москвы.

По утвержденной программе новая электро- и теплогенерация будут развиваться по трем направлениям. Основное из них, базовое, — это строительство объектов электро- и тепловой генерации на базе газотурбинных технологий. Новые электростанции появятся там, где ведется массовое жилищное строительство, а также на территориях районных тепловых станций (РТС), будут вестись пристройки и к уже действующим мощностям на РТС. [4]

Второе направление развития собственной генерации предусматривает использование гидроресурсов «Мосводоканала», технологий по выработке электроэнергии на биогазе и за счет редуцирования природного газа.

Отдельным направлением является строительство мини-ТЭЦ на базе газопоршневых технологий. Такие ТЭЦ будут строиться для энергоснабжения локальных потребителей, так как установка децентрализованных источников наиболее целесообразна для уникальных объектов и объектов, удаленных от тепловых централизованных сетей.

Реализация в полном объеме перечня основных работ на расчетный срок даст возможность достаточно надежно обеспечить город тепловой и электрической энергией. Но проблема будет не полностью решена без постепенного вытеснения устаревших централизованных объектов, ремонт и реконструкция которых к расчетному сроку и на более далекую перспективу станет нерентабельной, применением более экономичных, современных, экологически чистых тепловых установок малой мощности, не требующих прокладки сетей или сетей небольшой протяженности.

В период 2010-2020 годы, начнется процесс снижения охвата централизованным теплоснабжением всего комплекса застройки города ориентировочно до 80-85%. Однако качество этих процентных показателей, совпадающих в абсолютных величинах с показателями 60-х, 70-х годов, будет значительно отличаться. Этот показатель будет свидетельствовать о том, что на 20-15% произошло обновление теплоснабжающих систем города.

Зарубежный опыт говорит о перспективности строительства котельных малой и средней мощности для обеспечения нужд отдельных потребителей.

Например, в Канаде - наиболее близкой к России стране по климатическим и территориальным особенностям - автономное теплоснабжение с успехом заменяет большие централизованные системы, как в крупных промышленных городах, так и в небольших поселках. Децентрализация в данном случае поддерживается правительственными программами, поскольку позволяет не только снизить финансовые затраты на отопление, но и добиться существенного экологического эффекта.

Мини-ТЭЦ на базе газопоршневых установок (ГПУ)

Когенерационная энергетическая установка построенная на базе газопоршневого двигателя (ГПД) включает в себя следующие основные элементы: мотор-генератор с системами двигателя, систему управления, защиты и распределения нагрузки, а также оборудование для рекуперации теплоты выхлопных газов и рубашки охлаждения двигателя [6]. А также различные системы управления и синхронизации предназначены для параллельной работы нескольких генераторных установок, автоматического или ручного ввода генератора в параллельную работу с внешней сетью в режиме постоянной нагрузки, с возможностью работы установки в режиме аварийного энергоснабжения при отключении сети. Управление генераторной установкой в режиме постоянной нагрузки осуществляется микропроцессорной системой с автоматическим управлением плавным изменением нагрузки при входе в режим параллельной работы с сетью и выходе из него. Распределительное устройство обеспечивает параллельную работу с сетью и другими силовыми модулями. Оно состоит из автоматических выключателей, фидеров и другого коммутационного оборудования.

В последнее время использование газообразного топлива в двигателях внутреннего сгорания получило большое распространение. Обусловлено это тремя основными причинами: увеличением разницы в стоимости жидкого и газообразного топлива; значительно меньшими вредными выбросами газотопливных двига телей по сравнению с жидкотопливными; постоянно увеличивающейся сетью газового снабжения; увеличение эксплуатационного ресурса газоиспользующего оборудования.

Среди энергетических мини-ТЭЦ на базе ГПД, использующих газообразное топливо можно выделить 3 группы:

1. Дизельные двигатели, переведенные на частичное сжигание газа. Это - так называемые двухтопливные дизели. Количество потребляемого жидкого топлива в них может меняться от 100% до 10-15% в процессе эксплуатации. Остальная часть топлива - природный газ, который смешивается с воздухом на входе в двигатель. При этом воспламенение топливной смеси может происходить либо самостоятельно (от повышения температуры), либо от постороннего источника воспламенения.

2. Газопоршневые двигатели, в которых основным топливом является газ, а небольшая доля жидкого топлива впрыскивается для инициации воспламенения газовоздушной смеси либо в цилиндр, либо (значительно чаще) в специальную форкамеру. Воспламенение запального топлива может происходить также двумя способами, упомянутыми выше.

3. Чисто газовые ГПД, работающие только на газовом топливе и не использующие вспомогательного топлива. Отличаются пониженной степенью сжатия и, в большинстве случаев, меньшей экономичностью. Источник воспламенения - свеча зажигания. Обычно двигатели подразделяются на 3 группы: малые, средние и большие.

Малые — имеют мощность менее 250 л.с. (менее 190 кВт). Это, как правило, работающие по двух и четырех тактному циклу с 4-мя — 6-ю цилиндрами, довольно редко оснащенные турбонаддувом.

Средние - имеют мощность в диапазоне 250-1000 л.с. (200-750 кВт) и используются на, передвижных электростанциях и других потребителях механической энергии.

Число цилиндров у таких двигателей колеблется в диапазоне 6-12. Эти двигатели оснащаются турбонаддувом.

Большие - мощностью более 750 кВт; эти двигатели источников основного и резервного энергоснабжения на крупных предприятиях и стационарных электростанциях. В своем большинстве они работают в стационарном режиме по двухтактному циклу с турбонаддувом. По условиям надежности и долговечности частота вращения вала таких двигателей не превосходит 1500 об/мин.

Так же как и другие двигатели внутреннего сгорания, газовые двигатели производят тепло в процессе сгорания топлива. Во многих случаях необходимо обеспечить обязательный отвод избыточного тепла. Например, стенки цилиндров надо охлаждать для поддержания стабильной смазывающей пленки, по которой скользит поршень. Детали цилиндра (поршень, клапаны, головка) доллшы охлаждаться воизбежание детонации. Охлаждение моторного масла требуется для обеспечения стабильности его характеристик. В общем случае 20 - 40 % затраченной энергии должно отводиться системой охлаждения.

На рисунке 1.2. представлен пример теплового баланса газопоршневого двигателя. Существуют три основных системы, которые предназначены для отвода тепла от двигателя: 1) Контур промежуточного охладителя наддувочного воздуха; 2) Контур масляного охладителя: 3) Водяная рубашка охлаждения двигателя. Каждая из систем проектируется с учетом специфических требований, которые необходимо соблюсти для поддержания оптимальных значений параметров системы охлаждения двигателя.

Мини-ТЭЦ на базе ГПУ как базовый генерационный блок для проведения исследования

В современных условиях рыночных отношений, принимая во внимание существенность капитальных вложений, на первом плане при строительстве объектов автономного энергообеспечения стоит экономическая рентабельность применяемой схемы. При этом как с точки зрения оправданности капитальных затрат, так и с точки зрения эксплуатационных издержек [17].

Каждый двигатель имеет исключительно индивидуальные характеристики, которые необходимо использовать при выборе типа привода. Это позволяет формировать состав основного оборудования электростанции заданной электрической мощности в нескольких вариантах, варьируя, в первую очередь, электрическую мощность и количество необходимых двигателей. Многовариантность создает сложности по выбору предпочтительного типа двигателя.

Следует особо отметить, что двигатель и электростанция на его базе — это не одно и то же. Основной интерес представляют показатели работы станции с двигателями конкретного типа.

Выбор типа двигателя, а также их количества для привода электрогенераторов на электростанции любой мощности является сложной технико-экономической задачей. Попытки сравнить между собой в качестве привода поршневые и газотурбинные двигатели чаще всего делаются при условии использования в качестве топлива природного газа. Их принципиальные преимущества и недостатки анализировались в технической литературе [18], в рекламных проспектах производителей электростанций с поршневыми двигателями.

Как правило, приводятся обобщенные сведения о разнице в расходах топлива, в стоимости двигателей без всякого учета их мощности и условий работы. Часто отмечается, что состав электростанций мощностью 10-12 МВт предпочтительнее формировать на базе поршневых двигателей, а большей мощности - на базе газотурбинных. Принимать эти рекомендации как аксиому не следует. Очевидно одно: каждый тип двигателя имеет свои преимущества и недостатки, и при выборе привода нужны некоторые, хотя бы ориентировочные, количественные критерии их оценки.

В настоящее время на российском энергетическом рынке предлагается достаточно широкая номенклатура как поршневых, так и газотурбинных двигателей. Среди поршневых превалируют импортные двигатели, а среди газотурбинных — отечественные.

Сведения о технических характеристиках газотурбинных двигателей и электростанциях на их базе, предлагаемых для эксплуатации в России, в последние годы регулярно публикуются в «Каталоге газотурбинного оборудования» [19]. Аналогичные сведения о поршневых двигателях и электростанциях, в состав которых они входят, можно почерпнуть только из рекламных проспектов российских и иностранных фирм, поставляющих это оборудование. Информация о стоимости двигателей и электростанций чаще всего не публикуется, а опубликованные сведения часто не соответствуют действительности.

В таблице 1.4., содержится качественная и количественная оценка преимуществ и недостатков поршневых и газотурбинных двигателей. К сожалению, часть характеристик взята из рекламных материалов, проверить полную достоверность которых чрезвычайно трудно или практически невозможно. Необходимые для проверки данные о результатах работы отдельных двигателей и электростанций, за редким исключением [20], не публикуются.

Естественно, что приведенные цифры являются обобщенными, для конкретных двигателей они будут строго индивидуальными. Кроме того, некоторые из них даны в соответствии со стандартами ISO, а фактические условия работы двигателей существенно отличаются от стандартных.

Представленные сведения дают только качественную характеристику двигателей и не могут использоваться при подборе оборудования для кон кретной электростанции. К каждой позиции таблицы 1.4. можно дать некоторые комментарии.

На энергетическом рынке представлен очень большой выбор двигателей, имеющих существенные различия в технических характеристиках. Конкуренция между двигателями рассматриваемых типов возможна только в диапазоне единичной электрической мощности до 16 МВт. При более высоких мощностях газотурбинные двигатели вытесняют поршневые практически полностью.

Необходимо учитывать, что каждый двигатель имеет индивидуальные характеристики, и только их следует использовать при выборе типа привода. Это позволяет формировать состав основного оборудования электростанции заданной мощности в нескольких вариантах, варьируя, в первую очередь, электрическую мощность и количество необходимых двигателей. Многовариантность затрудняет выбор предпочтительного типа двигателя.

Важнейшей характеристикой любого двигателя в составе электростанций является КПД по выработке электроэнергии (КПДэ), определяющий основной, но не полный объем потребления газа. Обработка статистических данных по значениям КПДэ позволяет наглядно показать области применения, в которых по этому показателю один тип двигателя имеет преимущества перед другим.

Взаимное расположение и конфигурация трех выделенных на рисунке 1.11. зон, в пределах которых находятся точечные изображения значений электрического КПД различных двигателей, позволяет сделать некоторые выводы.

Автономное энергообеспечение отдельных объектов

Значительные уровень и продолжительность тепловой и электрической нагрузки в сочетании с высокими требованиями по надежности энергообеспечения позволяет применять когенерацию в зданиях следующего типа: Индивидуальные и многоквартирные дома; Гостиницы; Больницы; Информационные центры; Учебные заведения; Банки; Офисные здания; Склады, магазины, торговые центры; Рестораны; Плавательные бассейны и центры досуга.

Это далеко не полный список зданий, где когенерация может применяться эффективно [32,33]. Тепло когенерации используется для горячего водоснабжения, отопления или кондиционирования помещений, в прачечных, сушилках, для подогрева воды в бассейнах.

В таблице 2.1. приведены типичные диапазоны электрической нагрузки в зданиях.

С точки зрения потребностей в тепле и холоде можно выделить три подгруппы: (а) гостиницы и больницы, (б) многоэтажные дома, (в) офисные здания. Каждая из подгрупп имеет собственные особенности. Другие строения (такие как университеты и склады) имеют нагрузку, в которой сочетаются особенности трех описанных подгрупп.

Технико-экономическое обоснование и заключительный проект когенерационной системы должны быть основаны на нагрузке конкретного здания; знания пиков нагрузки и ее среднего значения недостаточно, иначе могут быть приняты ошибочным решения.

В условиях холодного климата, как в североевропейских странах, длинные периоды отопления делают когенерацию экономически жизнеспособной. В условиях жаркого климата в дополнение к отоплению необходимо использовать кондиционирование (холод) для достижения экономической эффективности.

Наличие природного газа и стандартизованные упакованные КГУ (контейнеры) дали мощный толчок развитию когенерации в строительном секторе в некоторых европейских странах (например, Великобритания, Нидерланды) в течение последнего десятилетия. Упакованные модули для зданий имеют электрическую мощность в пределах от 10 до 2000 кВт и обладают следующими преимуществами: низкая цена, высокая плотность мощности (мощность на единицу объема), быстрая и легкая установка (они уже готовы для соединения с электрической сетью и трубопроводом), автоматическая работа, не требующая продолжительного присутствия обслуживающего персонала.

Модуль обычно представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания. Случается и использование жидкого топлива, но основная масса работает на природном газе, который является чистым, относительно дешевым и не требующим хранения топливом. Для снижения шума до приемлемого значения применяются акустические корпуса, акустические глушители и специальные поглощающие шум материалы.

Дистанционный контроль КГУ вносит свою лепту в успех данной области использования когенерации. Микропроцессоры, вмонтированные в модуль, контролируют критические параметры работы (температуры, давления, скорость, напряжение и т.д.). Данные передаются по специальной телефонной линии на центральный компьютер. Когда анализ данных предсказывает грядущую неполадку, на место высылается команда технического обслуживания, которая проводит ремонтные работы, предупреждая возникновение проблемы. Специализирующаяся на этом компания может контролировать и обслуживать множество установок.

Пригодные для получения энергии газы значительно отличаются по своим свойствам. Их главными параметрами являются высшая теплота сгорания и так называемое метановое число, характеризующее газ с точки зрения устойчивости к детонации [34,35]. Первый показатель включает не только тепло, выделяющееся при сгорании газа, но и энергию, отдаваемую водой при конденсации по окончании горения. Что касается метанового числа, то оно выражает в процентах объемную долю метана СН4 в его смеси с водородом Н2, которая в контрольном моторе имеет ту же степень устойчивости к детонации, что и данный газ. (Параметр определяется при испытаниях.) Соответственно для чистого водорода метановое число равно нулю, а для чистого метана — 100%.

Еще один существенный параметр — скорость ламинарного пламени, то есть скорость протекания реакции между горючими составляющими газа и кислородом на внутренней поверхности корпуса пламени. Эта характеристика зависит от воздушного показателя X и достигает максимального значения при Х=1. В случае применения малокалорийных газов скорость ламинарного пламени показывает, возможно ли полноценное сгорание в двигателе газовоздушной смеси. Для эксплуатации мотора без добавления другого (опорного) газа этот показатель должен составлять не менее 8 см/с при X = 1.

Кроме того, для нормальной работы мотора необходимо соблюдать предельные концентрации вредных веществ в топливном газе [36]. Многие производители ограничивают содержание в горючем пыли, серных соединений, галогенов, кремния, аммиака, масел. При использовании древесного газа нужно также следить за очищенностью газа от смол (конденсата).

Мотор предъявляет требования к свойствам топливного газа, его чистоте, а также к стабильности этих показателей. В свою очередь горючее диктует особенности конструкции двигателя и условия его эксплуатации. При использовании газа с низким метановым числом предотвратить неконтролируемое (детонационное) сгорание можно смещением момента зажигания, снижением нагрузки мотора, повышением доли воздуха в смеси, рециркуляцией выхлопа, ослаблением наддува и снижением температуры смеси (как вариант — ее двухступенчатое охлаждение), снижением температуры воды в системе охлаждения мотора и увеличением ее количества.

Похожие диссертации на Разработка рациональных систем энергообеспечения промышленных предприятий формируемых промзон г. Москвы