Утилизации коксового газа для выработки тепловой и электрической энергии

 

У Заказчика на  заводе при производстве кокса  образуется газ и каменноугольная смола.  Коксовый газ является побочным продуктом производства кокса, в настоящее время на заводе никак не используется и поступает на  ТЭЦ, где сжигается в котлах для выработки пара и электроэнергии. Заказчик покупает у этой ТЭЦ теплоэнергию (пар) и электроэнергию. В то же время коксовый газ является энергетическим сырьем, т.к. имеет теплотворную способность 4000 ккал/м³ и его можно утилизировать прямо на заводе, т.е. сжигать в качестве топлива в энергетических агрегатах для получения тепловой и электрической энергии.

Исходя из вышеизложенного, Заказчик обратился  с целью получения технико-коммерческого предложения по утилизации коксового газа для выработки тепловой и электрической энергии.    

1.     Исходные данные.

-         Для разработки технико-коммерческого предложения Заказчик выдал исходные данные (см. Приложение 1).

2.     Принципиальные технические решения.

В качестве технического решения предлагается строительство газовой  мини-ТЭЦ, работающей   на коксовом газе и состоящей из:

-         4  газопоршневых  агрегатов типа ДГ – 4000, устанавливаемых в отдельном здании размером в плане 18х24 м;

-         газоповысительной станции, состоящей из 3^х газовых компрессоров, устанавливаемых в помещении размером 12х18 м (на 1 этаже);

-         газоочистки коксового газа, расположенной в этом же здании размером в плане 12х18 м (на 2 этаже);

-         теплоутилизационной установки тепла выхлопных газов и системы охлаждения двигателей, состоящей из двух котлов – утилизаторов (паровых или водогрейных по желанию Заказчика),  водоподготовки, термической обработки воды и системы теплоснабжения;

-         выхлопной (дымовой) трубы;

-         автоматизированной системы управления комплексом;

-         трансформаторной подстанции и главного распределительного устройства.

Примерная схема газовой  мини-ТЭЦ представлена на рис. 1 приложение 4.

     Основные стоимостные показатели приведены в таблице 1 стр.3

     Техническая характеристика  газопоршневого агрегата  ДГ – 4000 приведена в приложении 2.

      Расчет срока окупаемости  приведен в приложении 3.

     Административно – хозяйственные помещения газовой мини-ТЭЦ могут быть размещены в  существующих зданиях завода.

    Газоочистку коксового газа предполагается выполнить по схеме мокрых скрубберов (труб Вентури) с использованием существующих бассейнов – отстойников и станции биологической очистки вод. Расход технической воды ~ 2000 м³/ч.

         В теплоутилизационной установке могут быть установлены (по желанию Заказчика) водогрейные  или паровые котлы – утилизаторы тепла выхлопных газов и систем охлаждения газопоршневых агрегатов. Количество тепла, которое можно утилизировать от четырех агрегатов составит – 16¸24 Гкал/ч.

При установке паровых котлов пар  может использоваться в отопительных и технологических целях в существующих сетях завода. При установке водогрейных котлов   горячая вода с  температурой до 110 ⁰С используется на отопление и горячее водоснабжение.

Предусмотрен также вариант прямого 100% выхлопа горячих дымовых газов, минуя котлы-утилизаторы, в дымовую трубу. Возможно также, с помощью регулирующих заслонок,  подавать часть дымовых газов (30%, 50%, 70%) через котлы-утилизаторы, а остальную часть напрямую в дымовую трубу  

 Питательную или подпиточную воду для котлов-утилизаторов  можно использовать от существующей котельной  или готовить в собственной установке ХВО.

3.     Объем услуг.

По желанию Заказчика  Генподрядчик выполнит весь комплекс работ по строительству мини-ТЭЦ, включая:

-проектирование газовой  мини-ТЭЦ  мощностью Nэ=16 МВт для утилизации 12000 м³/ч коксового газа. Проект выполняется во всех частях: технологическая, строительная, КИПи А, электротехническая, сантехническая, генплан, связь,  экология;

-         поставка стандартного и нестандартного оборудования согласно спецификации утвержденного проекта;

-         авторский надзор за изготовлением и монтажом;

-         монтаж оборудования  или  шеф-монтаж;

-         пусконаладочные работы во всех частях.

Имеются  необходимые лицензии на все виды заявленных работ.

4.     Стоимостные показатели.

 Предварительные капитальные затраты  (ориентировочные) приведены в табл.1

                                                                                                       Таблица 1

№ п/п	Наименование оборудования или вида работ	Кол.	Стоимость общая, тыс.у.е. без НДС	Примечание
1	Газопоршневой  агрегат  ДГ-4000	4	2200
2	Компрессор газовый с маслосистемой	3	390
3	Газоочистка коксового газа с насосной станцией	1	180
4	Теплоутилизационная установка с 2 котлами-утилизаторами, ХВО и ДСА	1	160
5	Газовоздуховоды, дымовая труба, трубопрводы коксового газа (внутренние)	компл.	50
6	Трансформаторная подстанция и ГРУ для выдачи электроэнергии внешним потребителям	компл.	550
7	Монтажные и наладочные работы	компл.	200
8	Проектно-конструкторские работы. ОВОС		140
	Итого:		3 870

Все стоимостные показатели даны ориентировочно по состоянию на

и будут уточняться при заключении договора и выдаче технического задания на проектирование.

 Все стоимостные  показатели относятся только к объемам работам, ограниченным стенами мини-ТЭЦ и не учитывают все наружные сети и сооружения. В данных  стоимостных показателях не учтены также строительные работы по строительству новых или реконструкции существующих зданий под мини-ТЭЦ. Стоимость этих работ будет определена после выполнения строительной части проекта

Для определения реальной стоимости газовой мини-ТЭЦ необходимо разработать технико-экономическое обоснование строительства (ТЭО). Стоимость разработки ТЭО ориентировочно составляет 40 тыс. у.е. без НДС.        

 

6.Этапы и ориентировочные сроки выполнения работ.

6.1 Разработка проекта - 4-5 месяцев.

6.2 Заказ и поставка оборудования и материалов –5-6 месяцев.

6.3 Строительно-монтажные  и пуско-наладочные работы – 4-5 месяцев.

Продолжительность работ может быть сокращена за счет параллельного выполнения этапов. Продолжительность  работ по строительству или реконструкции зданий под мини-ТЭЦ  будет определена после выполнения строительной части проекта.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                     Приложение 1.  

 

                        Исходные данные, взятые из опросного листа.

 

1.    Технологические показатели коксового газа:

-         калорийность  3950¸ 4050 ккал/м³;

-         давление 800¸1100 мм.в.ст.;

-         плотность  0,445¸0,470 кг/м³.

           2. Содержание, %

-         Водорода        56,5-58,0

-         Метана           23,0-25.0

-         Непредельных углеводородов    2,0-2,5

-         Оксида углерода   7,5-8,5

-         Кислорода   0,5-0,9

-         Диоксида углерода  2,3-2,8

            3. Содержание примесей, г/м³

-    сероводорода  1,2-1,8

-         цианистого водорода 0,7-2,0

-         нафталина  0.08-0,15

-         смолистых и масел   0,05-0,10

             4. Потребность в электроэнергии 

-         Минимальные нагрузки по электроэнергии

Время года	Название месяца	В рабочее время, кВт	Название месяца	В нерабочее время, кВт
Зима	декабрь	11000	ноябрь	10500
Лето	июль	10500	июнь	10000

 

-         Максимальные нагрузки по электроэнергии

Время года	Название месяца	В рабочее время, кВт	Название месяца	В нерабочее время, кВт
Зима	январь	13000	январь	12500
Лето	июнь	11500	июнь	11000

 

-         Напряжение выдачи электрической мощности - 10 кВ

-         Ожидаемый прирост среднегодового расхода энергии по предприятию в течение будущих пяти лет, в % от фактического расхода:

               по электроэнергии        + 25%

               по  тепловой энергии (горячая вода)   + 10 %

               5. Отопительные нагрузки.

  Продолжительность отопительного сезона – 232 сут. (5568 час.)

  Температурный график системы отопления   70 – 95 ⁰С

   Расчетная нагрузка отопления – 32 Гкал/ч

               6. Финансовые данные.

   Стоимость электроэнергии без НДС:

-         плата за мощность, руб. (кВт/месяц)  - 120.0

-         плата за энергию, руб.(кВт.ч)   - 0,445

-         средняя стоимость электроэнергии, руб. (кВт.ч) – 0,64

Стоимость теплоэнергии  без НДС:

 -   пар, руб. (Гкал)    -   250,7

      Цена топлива (коксовый газ) без НДС, руб. за 1000 м³  - 140,0

 

 

 

 

                                                                                      Приложение 2.   

 

     Основные технические данные и характеристики газопоршневого

      агрегата ДГ-4000.

  Мощность максимальная, кВт---4025

  Сила тока, кВА --- 4400

  Напряжение номинальное, В --- 10500

  Мощность номинальная, кВт --- 3500

  Частота тока, Гц --- 50

  Род тока -------- переменный, трехфазный

  Генератор  ----- СГД 16-84-6У4

  Силовой агрегат --------16 ДПН 2А 23/2х30

  Частота вращения (ном. мощность) вала отбора мощности, об/мин – 1000

  Частота вращения (ном. мощность) коленчатых валов, об/мин – 800

   Устройство управления дизель-генератором --- КУ-Д 4000

   Топливо для двигателя --- коксовый газ (давлением 2 ¸12 кгс/см²)

   Удельный расход топлива на  номинальном режиме работы- 4430 м³/ч

   Удельный расход масла на номинальном режиме работы, Г/кВт/час-2,2

   Габариты – 12000 х 1192 х 3320 мм

   Масса – 70000 кг

   Номинальная мощность силового агрегата, кВт/л/с – 3680/5000

   Время непрерывной работы агрегата (рекомендуемое), м/час - 1600

   Назначенный ресурс до кап. ремонта, м/час  - 40 000

   Назначенный ресурс полный, м/час  - 60 000 

   Срок службы агрегата, лет -  30 

                                                                                

 

                                                                                                     Приложение 3.

 

                     Расчет срока окупаемости газовой мини-ТЭЦ.

 

1.    Установленная электрическая мощность – 16 МВт.

2.    Вырабатываемая электрическая мощность – 13 МВт.

3.     Произведено электроэнергии за год (согласно данным Заказчика из опросного листа)

              97173553 кВт

4.    Стоимость произведенной электроэнергии  при тарифе с учетом оплаты за установленную мощность 0,64 руб./кВт.ч без НДС

                97173553 х 0,64 х 1,2 = 74629289 руб.

5.    Установленная тепловая мощность – 24 МВт.

6.     Вырабатываемая тепловая мощность – 19,5 МВт или 16,8 Гкал/ч.

7.     Произведено тепловой энергии за отопительный сезон (5568 час.)

                 16,8 х 5568 = 93,6·10³ Гкал/год

8.    Стоимость произведенной тепловой энергии при стоимости 1Гкал-  

250,7 руб. без НДС

              93,6 х 10³ х 250,7 х 1,2 = 28158624 руб.

10. Всего сэкономлено за год на тепле и электроэнергии

                    74629289 + 28158624 = 102787913 руб.

11. Расход топлива (коксового газа) на выработку электро и теплоэнер-

  гии за год

                4430 х 3 х 8200 = 108978000 м³/год

     12. Стоимость использованного коксового газа при тарифе 140 руб. за

             100 м³ без НДС

                          108978000 х 0,14 х 1,2 = 18308304 руб.

13.     Расход электроэнергии на собственные нужды (компрессорная,

насосная и др. электропотребители)  10,4 млн. кВт.ч

14.     Стоимость затраченной на собственные нужды электроэнергии

            10400000 х 0,64 х 1,2 = 7987200 руб.

15.     Стоимость основных фондов, включаемая в расчет себестоимости

составляет  3530000 долларов США или по курсу 31,86 руб/дол

       3530000 х 31, 86 = 112465800 руб.

16.     Средние амортизационные расходы принимаем в размере 8% от

основных фондов

        112465800 х 0,08 = 8997264 руб.

17.     Налог на основные фонды в размере 2% составляет

               112465800 х 0,02 = 2249316 руб.

 

18.     Прочие расходы принимаем в размере 20% от амортизационных

расходов

             8997264 х 0,20 = 1799452 руб.

      19.  Годовая зарплата обслуживающего персонала  40 чел. с учетом          

       отчислений с ФОТ при среднем окладе 3500 руб.

                     40 х 3500 х 1,2 х 12 х 1,37 = 2761920 руб.

 20.  Итого годовых затрат

         18308304 + 7987200 + 8997264 + 2249316 + 1799452 + 2761920 =

          = 42103456 руб.

21.     Годовая экономия составляет

                 102787913 – 42103456 = 60684457 руб.

22.     Срок окупаемости капитальных вложений

               112465800: 60684457 = 1, 85 лет

 

Расчет срока окупаемости выполнен ориентировочно. В нем не учтены наружные сети, здание под мини-ТЭЦ и др. Поэтому реальный срок окупаемости будет больше.

Точный расчет с реальными цифрами и с учетом всех факторов может быть выполнен при проектировании (в части ТЭО).