WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

98647,0

КВ

Давление воздуха, МПа

вход

0,1023

выход

1,8

1,6

1,8

Температура воздуха, К

вход

287,2

выход

700,7

677,5

697,8

Расход воздуха, кг/с

302,5

660,4

598,5

Потребляемая мощность, кВт

133197,0

273767,0

261413,0

Таблица 2

Показатели оптимальных вариантов ЭТУ получения СПГ и производства электроэнергии при разной цене электроэнергии

Показатель, размерность

Цена электроэнергии, цент/кВт ч

3

4

5

Производство СПГ, кг/с

50,9

45,4

42,3

Продувка ПГ на производство электроэнергии, %

8

18

24

Мощность, МВт:

38

91

98

-паровой турбины,

-газовой турбины,

217

459

493

детандеров,

36

33

27

-компрессора азота,

85

74

56

-воздушного компрессора,

133

274

261

-полезная.

73

236

302

Годовой расход топлива:

2500

-условного, тыс. т у.т.

-натурального, млн. м3

2200

Годовое производство СПГ:

1920

1680

1550

-в условном топливе, тыс. т у.т.

-натурального, тыс. т

1150

1000

930

Годовой отпуск электроэнергии, млн. кВт ч

510

1650

2110

Капиталовложения в установку, млн. дол.

360

420

440

КПД установки эксергетический, %

77,2

74,4

71,9

Цена СПГ, дол./т у.т.

115

109

95

Рис.4. Цена СПГ и капиталовложения в ЭТУ в зависимости от стоимости электроэнергии.

Рис.5. Годовой отпуск электроэнергии и производство СПГ в зависимости от стоимости электроэнергии.

Выводы. Из табл. 1 видно, что с ростом объема продувочных газов, поступающих в камеру сгорания газовой турбины и соответственно с понижением степени сжижения природного газа, сокращается расход внешнего азота, требующегося для охлаждения ПГ в системе теплообменников Т2, и потребление электрической мощности в азотном холодильном цикле. В системе теплообменников первой ступени Т1 снижение температуры охлаждаемого потока в вариантах составляет 8-25 К, второй ступени Т2 30-45 К в зависимости от варианта ЭТУ. Охлаждающий эффект турбодетандера Д1 составляет 80-85 К. Таким образом, наибольший эффект охлаждения ПГ достигается на турбодетандере Д1 и системе теплообменников второй ступени Т2 на внешнем азоте.

Оптимизационные исследования показали, что для вариантов ЭТУ, отличающихся ценой отпускаемой от ЭТУ электроэнергии (3, 4, 5 цент/ кВт ч), существует оптимальная доля продувки природного газа и соответствующая ей выработка электроэнергии (8, 18, 24 %).При этом в зависимости от принятых условий функционирования ЭТУ диапазон цен на СПГ составляет 95-115 дол./т у.т.

С ростом цен электроэнергии производство СПГ сокращается и возрастает производство электрической энергии. При этом эксергетический КПД комбинированного производства уменьшается с 77,2 % до 71,9 %, а капиталовложения в установку увеличиваются с 360 до 440 млн. дол. При стоимости электроэнергии 2 цента/кВт ч дополнительное производство электроэнергии (на продажу в энергосистему) вырождается, так как экономическая эффективность ЭТУ обеспечивается за счет производимого СПГ.

Пятая глава посвящена математическому моделированию и оптимизационным технико-экономическим исследованиям ЭТУ комбинированного производства СПГ и электроэнергии с системами извлечения гелия. Представлена в формализованном виде постановка задачи оптимизации ЭТУ получения СПГ и выработки электроэнергии с извлечением гелия. Приведены результаты исследований и сделаны выводы.

Схема ЭТУ с системами выделения гелия приведена на рисунке 5. В схеме ЭТУ получения СПГ и электроэнергии с системами выделения гелия для выработки электроэнергии из продувочного газа применяется установка комбинированного цикла ПГУ–STIG с впрыском пара, получаемого в котле-утилизаторе КУ, в камеру сгорания КС и с использованием кислородного дутья. Данные обстоятельства позволяют сократить объем продуктов сгорания и избежать поступления азота из воздуха в продукты сгорания, что существенно снижает энергетические и материальные затраты на извлечение гелия. Продукты сгорания, образующиеся после камеры сгорания, состоят из двуокиси углерода, следов кислорода, азота, содержащегося в исходном природном газе, и гелия.

Рис.5. Упрощенная технологическая схема установки сжижения ПГ и получения гелия: МТ– магистральный трубопровод, Т1 – группа регенеративных охладителей ПГ (предварительное охлаждение),T2 группа охладителей на внешнем хладагенте, Т3 группа охладителей азотного холодильного цикла, Д1-Д3 турбодетандеры, С1-С6 сепараторы-отделители жидкой фазы, TГ газовая турбина на продуктах сгорания, КС – камера сгорания, КК кислородный компрессор для нагнетания кислорода в КС, ГВТ1 – газо-водяной теплообменник для предварительного охлаждения ПГ, ГВТ2, ГВТ4 группа газо-водяных теплообменников азотного холодильного цикла, ГВТ3 газо-водяной теплообменник на продуктах сгорания, КУ котел-утилизатор на продуктах сгорания для получения пара требуемых параметров, К1,К3 компрессоры азотных холодильных циклов, К2 компрессор на продуктах сгорания, СМ1,СМ2–смесители потоков газа в азотных холодильных циклах.

Таким образом, для получения гелиевого концентрата из продуктов сгорания в разработанной схеме необходимо удалить двуокись углерода. СО2 в сжиженном виде отводится из сепаратора С5, гелиевый концентрат в паре поступает на выход установки.

На базе разработанных математических моделей отдельных элементов ЭТУ при помощи СМПП построена математическая модель ЭТУ комбинированного производства СПГ, электроэнергии с системами выделения гелиевого концентрата, которая содержит 375 входных, 478 выходных и 8 итерационно-уточняемых параметров.

Оптимизация ЭТУ комбинированного производства СПГ и электроэнергии с извлечением гелия проводилась по критерию минимума цены гелия при заданных значениях внутренней нормы возврата капиталовложений, цены СПГ и цены на производимую электроэнергию. Задача оптимизации параметров ЭТУ получения СПГ, гелия и электроэнергии в формализованном виде имеет вид

,

при условиях

,

,.

Здесь – капиталовложения в энерготехнологическую установку, – затраты на ПГ, – затраты на азот внешних холодильных циклов, – выручка от продажи электроэнергии, – выручка от продажи СПГ, – дополнительные затраты энергии в системе удаления гелия, – дополнительные капвложения в систему удаления гелия, – векторная m-мерная функция ограничений-равенств, – вектор независимых оптимизируемых параметров, – m-мерный вектор вычисляемых параметров (включает термодинамические параметры и расходы рабочих тел в различных элементах технологической схемы ЭТУ, а также конструктивные характеристики); – l-мерная векторная функция ограничений-неравенств, и – векторы, задающие интервалы определения оптимизируемых параметров, – заданная внутренняя норма возврата капиталовложений, стоимость производства гелия, – ранее определенная в результате оптимизационных исследований ЭТУ получения СПГ и электроэнергии (без извлечения гелиевого концентрата) стоимость производства СПГ.

Всего в задаче оптимизировалось 23 параметра технологической схемы. В состав ограничений для ЭТУ комбинированного получения СПГ и электроэнергии с извлечением гелия входят: для теплообменников – ограничения на неотрицательность температурного напора на входе и выходе расчетного участка, К; ограничения на расчетное механическое напряжение металла труб расчетного участка, кг/мм2; суммарный тепловой поток расчетного участка, ккал/с; для компрессоров – ограничение на степень сжатия; максимально допустимая температура природного газа, К, и др.; для турбодетандеров – разность между предельно допустимой высотой лопатки и фактической, м; разность между давлением газа на входе и выходе, ата; разность между предельно допустимой степенью расширения и фактической; разность между максимально допустимой температурой газа и фактической, К; и др. Всего – 620 ограничений. Цена электроэнергии принята равной 5 центам/кВт ч, что соответствует стоимости электроэнергии в местах предполагаемого размещения установок.

Ниже показаны оптимальные значения оптимизируемых параметров, полученных в результате нелинейной оптимизации систем уравнений, описывающих процессы, происходящие в ЭТУ комбинированного производства СПГ и электроэнергии с извлечением гелия (обозначения элементов соответствуют рис.5).

Давление газа на выходе компрессора К1, МПа 14,2

Давление газа на выходе компрессора К2, МПа 0,62

Давление газа на выходе компрессора К3, МПа 9,1

Изменение энтальпии холодного потока в регенеративном теплообменнике Т1, кДж/кг 206,0

Массовая скорость холодного потока в регенеративном теплообменнике Т1, кг/(м2 с) 187,1

Изменение энтальпии холодного потока в регенеративном теплообменнике Т2, кДж/кг 190,5

Массовая скорость холодного потока в регенеративном теплообменнике Т2, кг/(м2 с) 148,7

Расход азота на входе регенеративного теплообменника Т3, кг/с 214,9

Изменение энтальпии холодного потока в регенеративном теплообменнике Т3, кДж/кг 167,0

Массовая скорость холодного потока в регенеративном теплообменнике Т3, кг/(м2 с) 38,9

Изменение энтальпии холодного потока в регенеративном теплообменнике Т4, кДж/кг 158,6

Массовая скорость холодного потока в регенеративном теплообменнике Т4, кг/(м2 с) 51,2

Расход азота на входе регенеративного теплообменника Т5, кг/с 154,9

Изменение энтальпии холодного потока в регенеративном теплообменнике Т5, кДж/кг 197,2

Массовая скорость холодного потока в регенеративном теплообменнике Т5, кг/(м2 с) 42,2

Перепад давления в турбодетандере Д1, МПа 4,82

Перепад давления в турбодетандере Д3, МПа 0,42

Температура продуктов сгорания на входе в газовую турбину, К 1482,2

Температура продуктов сгорания на выходе котла-утилизатора, К 412,0

Расход воды в котле-утилизаторе, кг/с 74,6

Энтальпия впрыскиваемой воды в камеру сгорания, ккал/кг 426,2

Массовая скорость пара в теплообменных поверхностях котла-утилизатора, кг/(м2 с) 513,0

Продувка природного газа, поступающая на производство электроэнергии, кг/c (%) 14,0 (26)

Далее приведены оптимальные технико-экономические показатели ЭТУ получения СПГ и производства электроэнергии с извлечением гелия.

Мощность, МВт:

-газовой турбины

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»