КГПУ в вопросах и ответах

Компрессорная газопоршневая установка (или сокращенно: КГПУ) это компактная силовая установка, расположенная внутри звукоизолирующего корпуса (аналогично воздушному компрессору, мини-ТЭЦ или другим силовым машинам), поставляемая в виде готового модуля и производящая одновременно сжатый воздух и тепловую энергию.

КГПУ могут быть использованы также для решения специфических отраслевых задач и для получения сжатого воздуха высокого качества. В данном случае применяются двухступенчатые винтовые компрессоры сухого сжатия, по аналогии с электрическими воздушными компрессорами. Комбинируя высокую температуру сжатого воздуха и отработавших газов, теплоноситель (для его дальнейшего использования в тепловых процессах) может поддерживать постоянную температуру до 108°C.

Эксплуатация КГПУ будет считаться экономически эффективной в том случае, если непрерывный режим работы установки будет продолжительным.  Её параметры должны быть подобраны таким образом, чтобы как можно реже возникала необходимость в ее включении и отключении. То есть, установка должна обеспечивать базовое потребление сжатого воздуха на производстве. Вырабатывающееся при этом тепло целесообразно использовать в производственных процессах или для отопления помещений.

То, насколько быстро окупается новое оборудование, является решающим фактором при его приобретении. Замена традиционных систем по производству сжатого воздуха и тепла на КГПУ обещает довольно-таки привлекательную отдачу от вложенных в неё средств. Срок окупаемости данного проекта составляет от 2 до 4 лет. В дальнейшем установка будет приносить прибыль, поскольку ее эксплуатация позволяет сократить общие затраты на производство сжатого воздуха и тепловой энергии.

Если отвечать коротко, то повышение экономической эффективности обусловлено в данном случае увеличением энергоэффективности. А если объяснять более подробно, то:

• во-первых, температурный уровень, достигаемый КГПУ, выше, чем температурный уровень мини-ТЭЦ классического типа и электрического компрессора;
• тепловой КПД КГПУ может достигать до 90% (максимально достижимый тепловой КПД мини-ТЭЦ — всего 50%).

То есть, КПД наших установок сравним с КПД современного котельного оборудования. Но при этом дополнительно производится еще и сжатый воздух! И это сводит затраты электроэнергии, необходимые для его получения, почти к нулю. Резюме: затраты на производство тепловой энергии остаются на том же уровне, что и при традиционном (раздельном) производстве, а затраты на электроэнергию для получения сжатого воздуха сокращаются (практически) до нуля.

КГПУ, если сравнивать её с блочной тепловой электростанцией (мини-ТЭЦ) классического типа, производит не электроэнергию, а сжатый воздух. При этом, газовый мотор приводит в движение подключенный к нему напрямую винтовой компрессор. В результате сжатия воздуха общая механическая энергия газового двигателя превращается в тепло. Данная тепловая энергия представляет собой первый источник полезного тепла. Кроме того, полностью используется тепло контура охлаждения двигателя, а также тепло отходящих газов. По сравнению с традиционным (раздельным) производством сжатого воздуха и тепловой энергии, КГПУ также позволяет снизить выброс углекислого газа примерно на 42%.

По сравнению с традиционным (раздельным) производством сжатого воздуха и тепловой энергии, возможно, в зависимости от КПД (в частности, от термического КПД), снизить выброс углекислого газа на 42%. При условии, что:

• продолжительность работы установки — 6.000 рабочих часов в год (приблизительно 120 рабочих часов в неделю);
• термический КПД и КПД сжатого воздуха равны 100%.

Самая маленькая наша установка (КГПУ класса “Föhn”) позволяет снизить выброс углекислого газа приблизительно на 75 тонн в год, а самая большая (КГПУ  класса “Tornado”) — приблизительно на 900 тонн в год.

Традиционным топливом для газового мотора КГПУ является природный газ с удельной теплотой сгорания 10 кВтч/м3. При этом, его рабочее давление должно быть больше, чем 20 мбар и меньше, чем 100 мбар. Однако, при условии правильного расчета входных параметров и дальнейшего проектирования установки, КГПУ может работать и на других видах топлива:

• пропан, биогаз, древесный газ, свалочный газ, газ сточных вод;
• биометан;
• сжиженный газ;
• водород.

Подключение газопровода (желтая труба), газовый счётчик рекомендован. Трубопровод сжатого воздуха: в КГПУ выведены соответствующие фланцы, вибрационно независимые компенсаторы. Трубопровод теплового контура: для снятия тепловой энергии с установки. Отработавший газ: выхлопной тракт монтируется на базе опционально поставляемого глушителя. Конденсат: водный конденсат выводится из циклонного разделителя через специальный поплавковый клапан. А конденсат из отработавшего газа — в опциональную систему нейтрализации конденсата. В соответствии с существующими требованиями необходимы подвод воздуха для двигателя внутреннего сгорания и для компрессорной части, а также отвод конвекционного тепла для охлаждения двигателя. Электроподключение: в стандартном исполнении каждая КГПУ оснащена двумя эл. насосами и электронным шкафом управления, а также эл. вентилятором. Для собственных нужд, в зависимости о размера КГПУ, необходимо от 2 до 15 кВт.

До ввода в эксплуатацию компрессорной газопоршневой установки необходимо проконсультироваться с органами местного технадзора и учесть их требования и рекомендации в соответствии с местным законодательством.

В принципе, никакая.  КГПУ опционально комплектуется следующими измерительными приборами:

• газовый счетчик (поддающийся калибровке)
• счетчик тепла (кроме того, аварийный охладитель)
• счетчик сжатого воздуха
• подключение к блоку управления компрессором (в случае необходимости)

По сравнению со стандартным компрессором в диапазоне от 20 до 300 кВт механической мощности, КГПУ является энергостанцией, которую пока невозможно производить серийно для широкого рынка. Зачастую КГПУ комплектуются и приспосабливаются под специфические условия заказчика, например, температурный график теплосети. Наряду с единичным производством и специфическими изменениями для конкретного предприятия, газовый мотор и сложное управление, и регулирование КГПУ делают её дороже по сравнению с компрессором. Уместнее было бы сравнение по цене с мини-ТЭЦ. Но даже оно не отвечает реальности. Цена КГПУ состоит из цены мини-ТЭЦ без генератора и цены компрессора без мотора к этому нужно прибавить цену сложного программного управления и теплообменного оборудования.

Стандартно КГПУ рассчитывается из температурного графика 90/70 °C. С резервом подобранные теплообменники могут реализовать температуру на выходе до 95 °C. В линейке безмасляных КГПУ: Orkan OF, Hurrikan OF, Taifun OF и Tornado OF имеется возможность довести температуру на выходе до 108 °C.  Возможны также специальные решения для заказчика, как например:

• подогрев питательной воды 15/30 °C
• снятие тепла на двух температурных уровнях 105/85 и 80/60 °C
• генерация пара из тепла отработавшего газа
• подогрев термального масла
• дополнительное использование латентного тепла конденсации отработавшего газа
• нагрев воздуха для сушильных камер при помощи теплообменника вода/воздух 
• и т.д.

Если в течение всего года нет потребности в тепле, можно рассмотреть возможность генерации холода для тёплого времени года с помощью абсорбционной холодильной машины. АльтAIRатива может Вам предложить и такое решение.

Если на предприятии заказчика имеется потребность в тепле и азоте, при том, что потребность в сжатом воздухе сравнительно невелика, а в выходные дни и пересменки вообще отсутствует, то рекомендуется рассмотреть возможность генерации азота с помощью газоразделительной установки. Так как сжатый воздух является фактически дополнительным продуктом при генерации тепла в КГПУ, генерация азота на предприятии станет намного выгоднее, чем покупка извне.

При наличии большой потребности в сжатом воздухе, но отсутствии потребности в тепле, рекомендуется расчет экономико-технического обоснования использования установки ORC (Organic Rankine Cycle) для генерации электроэнергии.

При надлежащем использовании КГПУ работает в режиме генерации тепла и сжатого воздуха с модулированием мощности в диапазоне 60 — 100 % и покрывает базовый уровень потребности предприятия в сжатом воздухе. Если параллельно со сжатым воздухом не будет потреблено тепло от КГПУ, то установку необходимо охладить специальным чиллером или другими холодильными установками. Использование чиллера ведёт к более надежной работе КГПУ.