Снижение шума ГПУ (газопоршневой установки)
Введение
За последние годы становятся все более очевидными перспективы и преимущества применения поршневых газовых двигателей внутреннего сгорания для совместной выработки тепловой и электрической энергии.
Происходящие в нашей стране процессы либерализации энергетического рынка, высокие затраты на подключение и кризис в эксплуатации крупных систем централизованного энергоснабжения обуславливает актуальность этого направления.
Реальным путем увеличения эффективности энергетического производства в данных условиях является развитие автономных локальных децентрализованных источников одновременного производства электрической и тепловой энергии на основе ГПУ (газопоршневых установок).
Их явными преимуществами являются высокий КПД, полная независимость от региональных энергетических сетей, а соответственно, и от повшения тарифов, надежность, отсутствие затрат на строительство распределительных и подводящих сетей.
В основе устройства газопоршневой установки лежит принцип действия двигателя внутреннего сгорания – тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно используется газообразное или жидкое углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, превращается в механическую работу.
Энергоустановка на базе газопрошневого двигателя оказывает повышенную шумовую нагрузку в большом диапазоне частот, снижение которой является серьезной проектной задачей, требующей своего решения.
1 Принцип работы газопоршневой установки
Газопоршневые установки (электростанции) используются для производства электроэнергии и дешёвой тепловой энергии.
B ГПУ выработка электрической энергии происходит, как и в других электростанциях – вращением электрогенератора посредством поршневого двигателя внутреннего сгорания. В стандартном исполнении газопроршневые установки приспособлены для сжигания природного газа. Образующееся в двигателе внутреннего сгорания тепло, через систему охладителей двигателя, продуктов сгорания и масла в дальнейшем эффективно используется, поэтому производительность когенерационных газопоршневых установок находится в пределах 80 – 90 %.
ГПУ представляет собой агрегат с двигателем внутреннего сгорания, работающим, к примеру, на природном газе, системой теплообменников для комбинированного производства электроэнергии и тепла. Вырабатываемую электроэнергию можно использовать для электроснабжения объекта или, в случае подключения к распределительной сети, продавать. Подобным образом, нагревшуюся воду можно подсоединять к централизованным теплосетям или использовать в самостоятельных разводках в качестве воды для отопления и производства горячей воды для производственных и бытовых нужд.
Общие характеристики газопоршневых установок
Единичная мощность газопоршневой установки может находиться в диапазоне от 0,1 до нескольких десятков МВт. Общий моторесурс составляет порядка 250 тыс. часов, ресурс до капремонта составляет 60 ÷ 80 тыс. часов. Наряду с большим моторесурсом, к достоинствам газопоршневых установок следует отнести малую зависимость КПД двигателя от температуры окружающего воздуха, невысокое давление топливного газа 0,010 ÷ 0,035 МПа (отсутствие необходимости в дожимном компрессоре), отсутствие ограничений по количеству запусков, малое уменьшение КПД при снижении нагрузки на 50%.
К достоинствам ГПУ можно также отнести возможность проведения ремонта агрегата на месте, малые затраты на эксплуатацию и небольшие размеры, соответственно невысокие инвестиционные затраты, возможность параллельной работы нескольких ГПУ (кластеризация).
Топливо для газопоршневых установок
Один из наиболее важных моментов при выборе типа газопоршневой установки - это состав топлива. Изготовители газовых двигателей предъявляют определенные требования к составу и качеству топлива для каждой модели ГПУ. Основные характеристики топлива:
метановое число газа (содержание СН4 в объеме газа, %);
высшая и низшая теплота сгорания;
степень детонации;
содержание серы.
В данный момент многие производители адаптируют своих двигатели под топливо соответствующего типа, что в зачастую не отнимает много времени и не требует значительных финансовых затрат.
Кроме природного газа, ГПУ в качестве топлива могут использовать:
пропан и бутан;
ПНГ (попутный нефтяной газ);
газы химической промышленности;
пиролизный газ;
древесный газ;
коксовый газ;
газ сточных вод;
газ мусорных свалок и т. д.
Использование перечисленных специфических газов в качестве топлива вносит весомый вклад в сохранение окружающей среды и позволяет использовать возобновляемые источники энергии.
Среди типов силовых агрегатов, ГПУ отличает простота, надежность конструкции и самый высокий электрический КПД, который у современных ГПУ при работе на российском природном газе составляет примерно 41÷44 %.
Подавляющее большинство типов ГПУ может работать в режиме когенерации, то есть как теплоэлектростанции (рисунок 1). Температура выхлопных газов на выходе из двигателя ГПУ составляет порядка 390 ± 30 °С. Данная температура на выходе станции позволяет получать достаточно высокие объемы дополнительной тепловой энергии [1]. Соотношение между двумя видами получаемой энергии составляет 1:1, т.е. на один мегаватт установленной электрической мощности можно получить один мегаватт тепловой энергии.
Рисунок 1 – Схема работы газопроршневых электростанций
Система охлаждения газопоршневых установок жидкостная
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. В случае применения для охлаждения газопоршневых агрегатов станции воды желательна её химподготовка, но в 99 % применяются обычные незамерзающие жидкости. Расход моторного масла ГПУ составляет около 0,30÷0,95 кг/ч на 1 МВт вырабатываемой электроэнергии. Величина расхода моторного масла связана с характером и равномерностью электрических нагрузок. Для нормальной работы установки необходимо поддержание постоянного уровня моторного масла.
2 Применение ГПУ и основные производители
В настоящее время электростанции на базе газопоршневых двигателей мощностью от 1 до 4 МВт являются самым востребованным источником постоянного энергоснабжения жилищно-коммунального сектора, нефтегазовых промыслов, угледобывающих и промышленных предприятий. Они обладают рядом преимуществ перед газотурбинными и дизельными приводами. К примеру, отпадает необходимость доставки дизтоплива в удаленные районы газо- и нефтедобычи. Газопоршневые двигатели с мощностью в диапазоне до 4 МВт характеризуются более высоким коэффициентом полезного действия по сравнению с газовыми турбинами и способны эксплуатироваться на частичных нагрузках. К тому же они менее подвержены воздействию повышенных температур окружающего воздуха, и обладают в 2÷3 раза большим ресурсом, чем газовые турбины [2].
Использование газообразного топлива разного типа (ПНГ, природного или шахтного газа) оказывает влияние, как на конструктивные особенности ГПУ, так и на основные параметры, в том числе на степень сжатия, среднее эффективное давление и, соответственно, на мощность агрегата.
Сейчас на мировом рынке представлено достаточно большое количество компаний, производящих газопоршневые установки. Наиболее крупными из них, выпускающими ГПУ средней мощности в диапазоне 1÷4 МВт на базе газо поршневых двигателей собственного производства, являются: Caterpillar S.A.R.L., Waukesha Engine Dresser Inc и Cummins Inc (США), MTU Onsite Energy и MWM, GmbH (Германия), Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (Япония), GE Energy Jenbacher gas engines (Австрия), Rolls Royce Power Engineering Plc (Power Generation) (Великобритания) (таблица 1).
Таблица 1 – Основные производители газопоршневых установок
Производитель Диапазон мощности
Caterpillar S.A.R.L. 0,07 ÷ 5,9
Cummins Inc. 0,33 ÷ 1,8
FG Wilson (Engineering) Ltd. < 1
Ford Power Products
< 1
GE Energy Jenbacher gas engines 0,3÷4
General Motors Corporation
< 1
Guascor S.A. < 1,2
Iveco Motors S.p.a. < 1
Lister Petter Ltd. < 1
MAN B&W Diesel A/S > 5
MAN Nutzfahrzeuge AG < 1
Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 0,68 ÷ 5,75
MTU Onsite Energy
0,3 ÷ 2
MWM, GmbH
0,18 ÷ 4,0
Niigata Power Systems Co. Ltd. 1,1 ÷ 5,4
Perkins Engines Company Ltd. < 1
Rolls_Royce Power Engineering Plc
1,19 ÷ 8,75
Volvo Penta
< 1
Wartsila Finland Oy
4,14 ÷ 9,0
Waukesha Engine Dresser Inc
0,15 ÷ 3,37
Остальные компании выпускают ГПУ в диапазонах малой мощности – менее 1 МВт и большой мощности – более 4 МВт или комплектуют газопоршневые установки двигателями других производителей.
В настоящее время когенерационные установки повсеместно применяются на крупных и малых предприятиях Российской Федерации, устанавливаются в административных зданиях, медицинских учреждениях, ими оснащаются спортивные объекты, деловые центры, жилые здания и загородные поселки. Выбор в пользу энергоэффективных технологий является более чем целесообразным, принимая во внимание, что, работая в когенерационных системах, газопоршневые электростанции и котлы утилизаторы обеспечивают следующие преимущества [3]:
сокращение затрат на получение одного кВт электроэнергии в 2÷3 раза, относительно тарифов, действующих в регионах Российской Федерации;
выполнение функций основного, дополнительного или резервного источника питания;
генерирование бесплатной тепловой энергии;
работа на различных видах топлива, включая пропан, бутан, ПНГ, газы химической промышленности, древесный или коксовый газ и т.д.;
окупаемость в течение 1,5÷3 лет с момента запуска;
увеличенный моторесурс – до 64 000 часов (свыше 7 лет) – и возобновление работы после капитального ремонта;
не требуют монтажа ЛЭП;
значительное снижение вредных выбросов в атмосферу;
применение на различных объектах без ограничений.
Нельзя не отметить, что газопоршневые установки могут использоваться для тригенерации. При этом горячая вода или пар, которую вырабатывают котлы утилизаторы, преобразуется в холод с помощью абсорбционных машин. В дальнейшем он может использоваться в системах кондиционирования и контурах промышленных холодильных установок.
3 Источники шума в ГТУ
Энергетическая установка на базе газопроршневого двигателя оказывает сильную шумовую нагрузку – открытая машина на раме с установленным штатным промышленным глушителем может генерировать шум до 140 Дб на расстоянии 1 м от нее. Такие шумы могут создавать проблему при установке станции в обслуживаемых помещениях. Кроме того шум, создаваемый промышленными установками, регламентируется рядом нормативных документов в зависимости от местанахождения этого оборудования.
Источники шума
Ниже приведены основные источники шума газопрошневой установки:
шум, создаваемый воздухом на всасе в двигатель;
шум создаваемый отходящими выхлопными газами;
шум создаваемый механическими частями установки;
шум создаваемый принудительной вентиляцией здания или контейнера.
Это основные источники шума, звуковое давление от прочих систем и механизмов оказывают незначительное влияние.
Шум от всасывания воздуха на горение
В двигатель на горение воздух подается большими объемами и на высоких скоростях, что неизбежно ведет к повышенной звуковой нагрузке, особенно при наличии установленной на двигателе турбины (турбонаддува).
Шум отходящих выхлопных газов
Звук от выпускаемых дымовых газов обычно создает наибольшее шумовое давление от всей энергетической установке
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
