Газотурбинная станция для нагрева сырья и выработки электроэнергии на НПЗ

Идея газотурбинной станции для нагрева сырья (ГТСН) появилась в результате исследований схем перспективных газотурбинных установок, в которых узлы газотурбинных двигателей (ГТД) и теплообменное оборудование интегрированы в единое целое. Специалистами Центрального института авиационного моторостроения имени П. И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского») разработаны методики расчета таких установок и исследованы возможности применения в ГТСН узлов серийно выпускаемых отечественных авиадвигателей. Расчеты показали возможность создания ГТСН для нагрева сырья атмосферно-вакуумных трубчаток (АВТ) годовой производительностью по сырью от одного до 20 миллионов тонн на базе производных от авиационных ГТД.

К числу преимуществ по сравнению с трубчатыми печами можно отнести: 1. Высокий КПД нагрева сырья – 92…95%, мало зависящий от температуры сырья на входе в ГТСН.

2. Высокие значения коэффициентов теплопередачи – до 70…150 кВт/м2, что позволяет значительно уменьшить площадь поверхности труб, в которых осуществляется нагрев сырья.

 3. Относительно невысокие температуры горячего теплоносителя в теплообменниках. Это исключает необходимость применения огнеупоров и возможность расплавления труб змеевиков даже в случае внезапной остановки насосов.

4. Существенно сокращается время установления теплового режима при пуске установки и остывании теплообменного оборудования при остановке.

5. Давление горячих газов, греющих трубы теплообменников и протекающее по ним сырье, как правило, выше давления нагреваемого сырья. Это позволяет исключить возможность утечек сырья из труб при нарушениях их герметичности.

6. Теплообменники ГТСН могут быть выполнены в виде отдельных секций, снабженных индивидуальной запорной арматурой.

7. Существенно меньшее гидравлическое сопротивление, что заметно снижает расход электроэнергии на привод сырьевых насосов.

8. Относительно низкая температура в камере сгорания практически исключает возможность образования окислов азота.

9. Высокая экономичность попутной выработки электроэнергии: расход условного топлива менее 140 гр. для выработки одно го киловатт-часа против 340 гр. в среднем по РАО ЕС.

Схема ГТСН приведена на рисунке.

В ЦИАМ были проведены расчетные исследования ГТСН для установки тепловой мощностью 106 гигакалорий в час на базе серийного ГТД, дополнительно вырабатывающей 20 МВт электроэнергии. Общий КПД по сырью и электроэнергии составил 94%. Эти исследования показали также возможность регулирования электрической мощности от нуля до 20 МВт при постоянной тепловой мощности, передаваемой сырью.

Исследования показали целесообразность проведения совместных работ на стыках компетенций ЦИАМ и ВНИИ НП в направлении создания комбинированных источников тепла с дополнительной выработкой электроэнергии для технологических установок нефтеперерабатывающих заводов.

  Литература: О. Н. Фаворский, А. Н. Князев, В. А. Скибин, Ю. Б. Назаренко, Г. К. Ведешкин. Парогенерирующая установка. Патент РФ 2466285.