Правильное решение

Наталья Лазарева   Фото Александра Касило 

ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот» — единственное предприятие нефтехимического комплекса страны, которое, используя собственную электростанцию, обеспечивает себя всеми видами энергии и реализует часть сторонним потребителям.
Пробный пуск стартовой очереди газомоторной электростанции состоялся в День энергетика, 22 декабря 2003 года. Станция эта стала первой в Беларуси, где в качестве генерирующей мощности используется энергия выхлопных газов, а в феврале 2004 она была введена в промышленную эксплуатацию. В последующем было реализовано еще три очереди, последняя — в конце 2011 года.
Сегодня общая мощность электростанции составляет 36 МВт, при потребности 24 МВт. Своя электроэнергия обходится предприятию в три раза дешевле. Доля энергетических ресурсов в стоимости продукции всего 5,2 %, и это в три с лишним раза меньше, чем было десятилетие назад. Кроме того, в ПТК «Химволокно» был реализован еще ряд инновационных проектов, в результате чего была создана эффективная энергосистема, позволяющая серьезно экономить энергоресурсы.
Опыт столь уникальной работы заслуживает того, чтобы узнать о нем подробнее. Собеседники — главный энергетик предприятия Виктор Окунев и начальник коельного цеха, на площадях которого размещена электростанция, Геннадий Макаревич — детально ответили на все вопросы.

Картина предстала действительно масштабная. Поразило то, что были учтены все нюансы, и выбранные решения всегда оказывались самыми оптимальными. 

Двигатель внутреннего сгорания как источник электроэнергии — просто, но эффективно

— Почему было принято решение строить собственную электростанцию, и почему именно газомоторную?

— Наше предприятие очень энергоемкое, — поясняет главный энергетик Виктор Окунев. — В 2000—2002 годы энергетическая составляющая в себестоимости продукции достигала 18—20 %. За один кубический метр газа тогда платили от 26 до 46 долларов. Понятно было, что это не последняя цена, однажды она сравняется с мировой, и  если продолжать разрабатывать отдельные направления, внедряя точечные мероприятия, то в лучшем случае наше энергопотребление осталось бы на том же уровне. Чтобы сохранить завод и коллектив, надо было добиться не только снижения энергозатрат, но и создать условия для дальнейшего развития в направлении энергосбережения и энергоэффективности.

В 2000—2003 годы было реализовано два мероприятия, которые позволили коллективу добиться быстрого мощностью 300 кВт каждый, которые охлаждали воздух успеха и довести долю энергозатрат в себестоимости продукции до 15 %, а также дали время подготовить болеесерьезный проект.

Первой стала реконструкция системы кондиционирования предприятия.

Нужды производства требуют поддержания в цехах определенного микроклимата, что невозможно без системы охлаждения, особенно летом. Имеющаяся на заводе система кондиционирования потребляла довольно много электроэнергии. В цехах стояли 19 кондиционеров «КТЦ-250»мощностью 300 кВТ каждый, которые охлаждали воздух на холодильной станции, где были установлены 9 холодильных машин мощностью по 1600 кВт. Охлажденный воздух подавался на месте сверху вниз. 

Реконструкция системы кондиционирования позволила сократить число кондиционеров до пяти, и,соответственно, снизить энергопотребление. 

Второе мероприятие позволило уменьшить потребление пара. Этого, как и в первом случае, добились за счет рационализации технологических процессов.
Во-первых, мы внедрили новую технологию производства химволокна, исключив из технологической цепочки получения основы пароэжекторный насос, охлаждаемый водой. Во-вторых, часть оборудования перевели с потребления пара на потребление горячей воды. Кроме этого, проанализировав «путь» подачи пара по трубопроводу на производство, отрезали лишние звенья трубы, без всякого, кстати, ущерба для техпроцесса. Как итог — потребление пара снизилось более, чем в три раза.
И наконец в 2003 году было принято решение построить собственную электростанцию, где можно максимально использовать энергию газа, как для производства электроэнергии, так и тепла. А потом и для производства холода.
Мы скрупулезно изучили проблему. Читали литературу, обсуждали, съездили за опытом на некоторые предприятия Германии, России. И в конечном итоге пришли к выводу: лучше всего подходит для нас газомоторная станция.
Внедрение когенерационных газомоторных станций с собственной выработкой электроэнергии на тепловом техническом потреблении — в русле основных направлений научно-технического прогресса промышленно развитых стран мира. Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии в одном тепловом двигателе (когенерация) — одно из самых энергоэффективных мероприятий по энергосбережению как в рамках одного предприятия, так и в рамках республики в целом.
Положительный эффект от установки миниТЭЦ на основе когенерационной станции достигается за счет более низкой себестоимости электроэнергии и тепло-энергии на вновь устанавливаемом электрогенериру-ющем оборудовании. Общий коэффициент использования топлива достигает 85—90 %.
Правда, сначала у этой идеи было немало оппонентов. Причем даже в научных кругах.
В частности, было мнение, что более эффективно для предприятия производство энергии с использованием пара. У этой позиции были свои резоны. На предприятии имелось три паровых котла мощностью 50 т в час каждый. Поскольку потребление пара, благодаря внедренному мероприятию, к этому времени резко снизилось до 15—20 тонн, была возможность использовать незадействованные мощности котлов для производства электроэнергии. Конечно, можно было бы пойти по этому пути, но образовывалось очень большое количество тепловой энергии, которая нам, в принципе, была не нужна. Нам нужна была электроэнергия, а электрические мощности такой станции не превышали 10 мегаватт, хотя тогда мы потребляли 16.
Прорабатывалось и использование газотурбинных технологий. Но у газовой турбины очень низкий КПД — всего 33 %, остальное уходит в тепло. А нам так много тепла, как я уже сказал, не нужно. Значит, лишнее придется выбрасывать просто в воздух.

Прорабатывалось и использование газотурбинных  технологий. Но у газовой турбины очень низкий КПД — всего 33 %, остальное уходит в тепло. А нам так много  тепла, как я уже сказал, не нужно. Значит, лишнее придется выбрасывать просто в воздух.

Изучив зарубежный опыт, мы пришли к выводу, что самый оптимальный путь — это строительство газомоторной станции. Во-первых, ее КПД по электрической энергии выше — 43 %. Во-вторых, это оборудование служит дольше. Так, если у газотурбинного двигателя срок службы 8 лет, то у газопоршневого — 30.
Вместе с БелТЭИ подготовили обоснование инвестиций. И уже 15 мая 2003 г был подписан контракт с австрийской компанией GE Jenbacher.
Было принято решение строить газомоторную станцию в котельной — на существующих площадях. Для этого надо было демонтировать паровые котлы и освободить площади для строительства станции.

В Минстройархитектуры мы получили разрешение на параллельное проектирование и строительство, благодаря чему смогли спроектировать и построить первые мощности в 11 МВт очень быстро. Работали буквально день и ночь. В мае 2003 года подписали контракт, а последнее оборудование пришло на завод 15 ноября. И уже 22 декабря пустили два модуля. В феврале 2004 года электростанция была официально принята. Так быстро справиться мы смогли еще и потому, что у нас есть собственный проектно-конструкторский отдел. Сотрудники его, по сути, разработали почти весь проект (только электро- и газоснабжение блок. проектировали подрядчики). А также ремонтно-строительно-монтажное управление, работники которого занимались строительством станции. Поэтому возникающие вопросы мы решали тут же, на месте, внося, при необходимости, изменения в проект.

Результат был ошеломляющий. Если до этого мы платили за электроэнергию около 100 рублей за кВтч, то теперь она обходилась всего в 29—30 рублей. Мы увидели что это — стоящее дело, и решили продолжать в том же направлении.
Кроме работы над проектом, большое внимание уделяли также подготовке кадров. С этой целью несколько человек отправили для обучения в Австрию. Потом, пока строилась электростанция, они вместе с монтажниками и наладчиками, работали над ее вводом, входили в курс дела, а с запуском новостройки приступили к исполнению своих основных обязанностей.
По нашему пути пошли потом многие предприятия, в том числе ОАО «Могилевхимволокно», РУП «ПО «Белоруснефть». Если не ошибаюсь, около 200 МВт электрической мощности производится сегодня на предприятиях Беларуси с использованием газомоторных технологий.

Четыре шага на пути к победе

Подробнее об электростанции рассказал начальник котельного цеха Геннадий Макаревич:
— До реконструкции в котельном цехе были установлены три водогрейных котла КВГМ-100 для выработки тепловой энергии в виде горячей воды, которая использовалась для обогрева предприятия зимой и кондицио нирования воздуха летом, а также для отопления ряда потребителей Гродно; и три паровых котла ГМ-50 — для выработки пара, который использовался на
производстве для технологических нужд.
Реконструкция цеха началась в 2003 году. Сначала был демонтирован один паровой котел ГМ-50 — № 3, и на его месте началось строительство первой очереди электростанции.
Проект состоял из четырех газомоторных агрегатов GMS-620 N-LC фирмы GE Jenbacher в комплекте с генераторами французской фирмы Leroy Somer и паровыми котлами утилизаторами TTK-300 финской компании Vapor. Кроме выработки генераторами электрической энергии мощностью 10,9 МВт, котлы-утилизаторы производили пар. Каждый котел в результате утилизации выхлопных газов двух газомоторов с помощью горелки вырабатывал 12,5 тонн пара в час. Дополнительно за счет систем охлаждения двигателя отпускалось 4 Гкал тепла в виде горячей воды. 

Газопоршневой агрегат представляет собой газовый двигатель внутреннего сгорания, соединенный муфтой с генератором, который смонтирован на общей раме с двигателем. Двигатель и генератор образуют единый блок. Система управления обеспечивает полное автоматическое управление газопоршневыми агрегатами, имеется система контроля и технологических защит, а также система сигнализации и отображения технологических
параметров.
В конце декабря 2006 года была пущена вторая очередь станции, т.к. электрической мощности первой было недостаточно. Установили такие же газовые двигатели фирмы GE Jenbacher и котлы утилизаторы Vapor, но генераторы были уже немецкой компании AVK.
Электрическая мощность второй очереди составляла 12 МВт, и, таким образом, суммарно мы могли вырабаты почти 23 МВт электроэнергии.
Третья очередь электростанции, мощностью 3 МВт, была запущена в эксплуатацию в 2008 году. Она состояла из одного двигателя с генератором и одного котла утилизатора. Одновременно была введена и система автономной работы газомоторных агрегатов, что позволяло в случае аварии, повреждения, посадке напряжения и других неисправностях отключить нашу электростанцию от энергосистемы и автономно снабжать предприятие электроэнергией. После устранения неисправности, она снова подключается, и мы продолжаем работать параллельно с энергосистемой.

— Так ведь вы и так независимы от энергосистемы…
— Мы подключены к энергосистеме, но не пользуемся ее мощностями. Если же резко в один момент по какой-то причине останавливаются все 10 агрегатов, то вся мощность в 20—25 МВт, необходимая для работы завода,
сразу же идет из энергосистемы.

Четвертая очередь была введена в эксплуатацию в конце декабря 2011 года. Были установлены три газомоторных агрегата с генераторами общеймощностью 10 МВт электрической мощности.
10 МВт и тремя котлами утилизаторами.
Таким образом, суммарная мощность электростанции составила 36 МВт электроэнергии. Также мы можем выдавать для завода 30 т пара в час и 15 Гкал тепла в виде горячей воды.

Непосредственно на обслуживании станции в смену работает 6 человек: мастер и 5 человек обслуживающего персонала. Поскольку у нас сохранилось и часть старого оборудования — все коммуникации, трубопроводы пара, горячей воды, деаэрации воды, мазутное хозяйство, то его обслуживает два машиниста в смену. А саму станцию —
один машинист двигателя, один машинист котлов и один инженер-электроник ЦПУ.

Каждый киловатт — в дело

Еще об одном мероприятии ПТК «Химволокно» хочется сказать особо. Поскольку оно — яркий пример рачительного использования энергоресурсов, когда буквально каждый киловатт вкладывается в дело. О нем нам тоже сообщил главный энергетик предприятия.
— Вырабатываемое тепло электростанции мы использовали для отопления предприятия и нагрева воды. Зимой полностью использовали мощности станции по этому параметру, но летом лишь частично: тепло шло только на горячее водоснабжение, — пояснил Виктор Окунев. — Но мы знали, что есть технология, которая, образно говоря, позволяет из тепла делать холод. А на нашем предприятии, как вы уже знаете, очень жесткие требования к микроклимату в цехах: температура должна быть 20 (плюс—минус два) или 17 (плюс—минус один) градусов. Поэтому наше «Химволокно» иногда называют «фабрикой кондиционеров».
На заводе было установлено 9 фреонновых парокомпрессионных холодильных машины мощностью 1,6 МВт каждая. Летом работало до 6 машин. Плюс насосы. Чтобы выработать холод, мы затрачивали почти 10 МВт электрической мощности.

Изучив мировой опыт производства холода из тепла, решили приобрести абсорбционные холодильные машины. Но была одна проблема: горячая вода от электростанции поступала у нас с температурой почти горячей воды. 90 С (двигатель газомоторного агрегата, как и двигатель автомобиля, охлаждается водой, которая в результате нагревается до 85 С). Это тепло мы и решили использовать для производства холода.

Отработали обоснование инвестиций вместе с БЕЛТЭИ, но дальше случилась остановка. Дело в том, что почти все компании производители абсорбционных холодильных машин утверждали, что на таких температурах охлаждение невозможно. Но фирма York пошла нам навстречу и все же сделала такое оборудование.
Этот проект тоже первое время был принят в штыки. Сомневающиеся говорили, что не было еще таких машин, которые смогли бы работать на температуре горячей воды 85 °С. Но фирма York доказала, что это возможно. Мы вместе с представителями фирмы-производителя — конструкторами и проектировщиками, работали в Манхейме. По нашим решениям и были сделаны две машины. Мы их получили в 2005 году, и запустили в мае. При этом предусмотрели различные технические ухищрения для того, чтобы повысить за счет пара температуру воды, если не будет достаточного количества холода. 

После запуска оборудования и на наших параметрах с температурой воды 85 °С машины выдали 2,5 МВт мощности каждая (суммарно 5 МВт). И мы все лето отработали на этих холодильных машинах, исключив из работы электрические.
Таким образом, у нас получилась тригенерация: производство электроэнергии, тепла в виде пара и горячей воды, и холода на базе тепла, которое является вторичным.
Сегодня у нас уже 8 таких холодильных установок. Правда, уже не производства York, а китайской компании BROAD. Провели тендер, и не прогадали, выбрав А еще была замена насосного оборудования, эту компанию. Китайские машины оказались более эффективными, более надежными и качественными.
Сегодня мы полностью отказались от электрических машин, мы их просто выбросили. Остались только абсорбционные холодильные машины, которые используют тепло, образующееся при выработке детельствуют цифры.

И каждый градус в дело

— Какие еще интересные технические решения были реализованы на вашем предприятии?
— Например, решение об установке тепловых насосов, преобразующих низкопотенциальное тепло в более высокий потенциал (как трансформатор).
Низкопотенциальное тепло образуется у нас при охлаждении технологического оборудования: на него подается вода температурой 19 °C, а выходит 24 °С. Мы направляли ее на градирни и там охлаждали. Теперь она охлаждается тепловыми насосами.

— Почему именно насосы, почему они выгодны и каков механизм использования?
— Движущая сила насосов — электроэнергия. А наша электроэнергия в три раза дешевле той, которую поставляет Минэнерго. За счет этого мы и смогли довольно эффективно использовать тепловые насосы, чтобы задействовать в наших системах отопления низкопотенциальное тепло.
Механизм же таков. Мы берем воду, которая с температурой 50 °С возвращается после систем отопления предприятия, поднимаем ее температуру в тепловом насосе до 55 °С и подаем опять на котельную, где ее догревают и снова подают на предприятие для отопления. Эти 5+ °С получаются как раз от использования низкопотенциального тепла. В результате при затратах электроэнергии в 1 киловатт мы получаем 3,5 киловатта тепловой энергии.
Об эффективности нашей работы в этой области свидетельствуют цифры. Так, энергоемкость выпускаемой продукции в 2011 году снижена к уровню 2005 года на 55 %. За 10 месяцев 2012 года показатель по энергосбережению составил минус 11,2 % (при запланированном минус 6 % ), а экономия топлива составила более 15 Несмотря на столь значительные успехи, мы продолжим работать в этом направлении. Затраты, в том числе на ТЭР, постоянно растут, на рынке появляются новые решения и технологии, так что двигаться нам есть куда. А опыта и знаний у нас достаточно, чтобы принять правильное решение.