Экономическая оценка внедрения градиентных датчиков теплового потока для теплометрии в камерах сгорания

Экономическая оценка внедрения градиентных датчиков теплового потока для теплометрии в камерах сгорания1

Османов В.В., Глушков Д.О., Брикман И.А., Чернецкий МЮ.

Объектом исследования являются градиентные датчики теплового потока для теплометрии камер сгорания.

Уровень современных средств получения первичной информации о происходящих внутритопочных тепловых процессах значительно отстает от возможностей преобразовательной и измерительной цифровой техники, что сдерживает развитие прикладных исследований. Более того, наблюдается дефицит простых и недорогих средств измерения воспринятых тепловых потоков в энергетическом оборудовании.

Целью данной работы является технико-экономическая оценка эффективности внедрения градиентных датчиков теплового потока для теплометрии в камерах сгорания.

Теплометрия в высокотемпературных условиях камер сгорания является сложной, трудоемкой и дорогостоящей областью исследований. Она важна при наладке энергетического оборудования и исследовании процессов (теплообменных, шлакования и др.), влияющих на плотность воспринятого теплового потока. Такие исследования энергетического оборудования необходимы для создания и освоения новых технологий и оборудования. Разработка недорогих и надежных средств измерения воспринятой плотности теплового потока, таких как градиентные датчики теплового потока, является чрезвычайно важной и актуальной задачей современной топочной теплометрии.

Первый опыт применения ГДТП из теплоустойчивых материалов (№ + сталь 12Х18Н10Т) на котле БКЗ-210

ТЭЦ-4 г. Кирова показал принципиальную возможность создания и применения датчиков в условиях топочной теплометрии, но одновременно выявил необходимость совершенствования конструкции и методики измерений.

В результате проведенных исследований разработаны, созданы и запатентованы измерительные ячейки на основе ГДТП, доказавшие свою работоспособность. Отличительной особенностью измерительных ячеек является их компактность, легкий способ установки на плавнике газоплотного топочного экрана, не требующий внедрения в пароводяной тракт котла, сооружения строительных лесов, привлечения сварочных работ, останова и расхолаживания котла в случае необходимости замены измерительной ячейки.

Оценка экономической эффективности внедрения градиентных датчиков теплового потока для теплометрии в камерах сгорания проводится при условии изготовления, градуировки, монтажа на котле и наладки партии градиентных датчиков теплового потока в количестве 26 шт на одном из двух корпусов котла П-49, работающего в блоке с турбиной К-500 на ГРЭС г. Назарово, Красноярский край. Это количество необходимо и достаточно, в первую очередь, для диагностики шлакования топки любого современного котла. Оценить экономическую эффективность внедрения ГДТП при использовании данных по величине воспринятого теплового потока, которые можно использовать для корректировки расчетных локальных коэффициентов тепловой эффективности при тепловых поверочных и конструктор-

Таблица 1. Исходные данные по эксплуатации котла П-49, полученные с Назаровской ГРЭС

№ п/п Наименование показателя Обозначение Размерность Значение

1 Себестоимость электроэнергии (на 01.02.2012 г.) Цс/с руб/(МВт^ч) 690

2 Стоимость работ по расшлаковке при внеплановом останове (на 2 корпуса) З,пл руб 1 000 000

3 Среднее количество расшлаковок в год П,„л - 6

4 Длительность одной расшлаковки Дт ч 120

5 Затраты на содержание центрального пылезавода во время простоя из-за расшлаковки ЗЦПЗ руб 1 000 000

6 Планируемый коэффициент использования установленной мощности КИУМ - 0,6

7 Число часов работы котла в год ч 6500

8 Отпускная (котловая) цена электроэнергии Ц,/, руб/(МВт^ч) 553,71

9 Плата за заявленную мощность ежемесячная Лы руб/(МВт) 149114

10 Номинальная (заявленная) электрическая мощность корпуса А Ыэ МВт 250

Таблица 2. Исходные данные, основанные на опыте изготовления измерительных ячеек с ГДТП

№ п/п Наименование показателя Обозначение Размерность Значение

1 Темп роста инфляции % 4

2 Срок службы одного ГДТП тыс. час 2160

3 Себестоимость изготовления одной измерительной ячейки Зс/с руб 780

4 Торговая наценка на готовую измерительную ячейку ТН % 10

5 Итоговая стоимость одной измерительной ячейки, включая НДС 18 % СГЛТП руб 1012

6 Стоимость цифровой преобразовательной аппаратуры (2 модуля АЦП 7е1220 с функцией автономного регистратора и ноутбук) СЦПА руб 95000

7 Стоимость 2,5 км провода марки РТР2-С5Е-80_Ю-0иТй00Р-40 от 26ти датчиков к преобразовательной аппаратуре Спров руб 32500

8 Стоимость изготовления и приварки сухарей и защитных труб на газоплотные экраны Ссух руб 30000

9 Стоимость коммутирующего оборудования С руб 3500

10 Стоимость монтажа и наладки измерительного комплекса на основе ГДТП С руб 20000

1. Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 8887 "Экономическая оценка инновационных технологий сжигания угля в топливно-энергетическом комплексе страны"

№ п/п Наименование показателя Размерность t, год

1 2 З и 5

Инвестици и основные технические показатели

1 Капитальные вложения тыс. руб 181,000 - - - -

2 MyM ожидаемый - 0,б 0,б 0,б 0,б 0,б

З Официальная инфляция в год % и и и и и

и Mаксимальная нагрузка корпуса А MВт 250 250 250 250 250

Расчет постоянных затрат

5 Ресурс ГДТП ч 21б0 21б0 21б0 21б0 21б0

б Количество ГДТП на корпусе А шт 2б 2б 2б 2б 2б

7 Количество ГДТП, установленные за год шт 10и 10и 10и 10и 10и

8 Стоимость одного ГДТП индексированная руб 1012 1052 1095 11З8 118и

9 Затраты на приобретение ГДТП тыс.руб/ год 105,2^8 109,и5 11З,8Зб 118,З9 12З,125

10 Стоимость цифровой преобразовательной аппаратуры и кабеля тыс.руб 127,500 - - - -

11 Норма амортизационных отчислений на кап. вложения % 20 20 20 20 20

12 Амортизационные отчисления за цифровую преобразовательную аппаратуру и кабель тыс.руб/ год Зб,200 Зб,200 Зб,200 Зб,200 Зб,200

Итого постоянных затрат тыс.руб/ год 141,4U8 1и5,бб 150,0Зб 15и,59 159,З25

Расчет доходов

1З Стоимость расшлаковки одного корпуса при внеплановом останове индексированная млн.руб 0,50000 0,5200 0,5и080 0,5б2и 0,58и92

и Снижение количества расшлаковок в год при внедрении ГДТП шт/год З З З З З

15 Экономия затрат на расшлаковку за год млн.руб/ год 1,50 1,5б 1,б2 1,б9 1,75

1б Экономия затрат на содержание ЦПЗ при одном простое из-за расшлаковки млн.руб/ год 1,00 1,0и 1,08 1,12 1,17

17 Экономия затрат на содержание ЦПЗ при простое из-за расшлаковки за год млн.руб З,00 З,12 З^и З,З7 З,51

18 Длительность одной расшлаковки ч 120 120 120 120 120

19 Возможная выработки электроэнергии за время простоя в период одной расшлаковки млн.руб./ год 1,2746З 1,27иб 1,2746З 1,27иб 1,2746З

20 Выручка от выработки электроэнергии при снижении количества расшлаковок с 6 до 3 млн.руб/ год З,82З89 З,82З8 З,82З89 З,82З8 З,82З89

Итого доходов млн.руб/ год 8,З2 8,50 8,б9 9 ,8 8, 9,09

Балансовая (в нашем случае-чистая) прибыль млн.руб/ год 8,00 8,18 8,Зб 8,55 8,75

Расчет срока окупаемости

21 Амортизационные отчисления за капитальные вложения тыс.руб/ год Зб Зб Зб Зб Зб

22 Остаточная стоимость на конец года тыс.руб 1ии,80 108,б0 72,и0 Зб,20 0,00

2З Аккумулированная нераспределенная чистая прибыль млн.руб 8,00 1б,18 2и,5и ЗЗ,09 41,8U

2и Срок окупаемости год 0,111 - - - -

Расчет показателей эффективности инвестиций

25 Денежный поток от операционной деятельности млн.руб ии,20 ии,5б ии,75 ии,95

2б Инвестиции в основной и оборотный капитал млн.руб 0,181 - - - -

27 Денежный поток от операционной деятельности млн.руб ии,02 ии,20 ии,57 ии,77

28 Ставка дисконтирования % 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00

29 Коэффициент дисконтирования - 0,9З 0,8б 0,79 0,7и 0,б8

З0 Дисконтированный денежный поток от операционной деятельности млн.руб и0,7б З7,89 З5,2З З2,7б З0,47

З1 Интегральный дисконтированный денежный поток от операционной деятельности на конец 5-го года млн.руб и0,7б 78,б5 11З,88 1иб,би 177,11

З2 Дисконтированный денежный поток от инвестиционной деятельности млн.руб 0,17 0,00 0,00 0,00 0,00

ЗЗ Интегральный дисконтированный денежный поток от инвестиционной деятельности на конец 5-го года млн.руб - - - - 0,17

Зи Чистая приведенная стоимость NPV (NPV>0) млн.руб 17б,9и - - - -

З5 Индекс доходности (рентабельность) PI (PI>1) - 105б,77 - - - -

Зб Среднегодовая чистая прибыль NP млн. руб/год 8,З7 - - - -

З7 Общие инвестиционные затраты TIC млн. руб 0,181 - - - -

З8 Средняя норма рентабельности ARR % иб22,8б - - - -

З9 Внутренняя норма доходности IRR (при которой NPV=0) % 100000 - - - -

и0 Чистая приведенная стоимость при внутренней норме доходности поэтапная млн.руб 0,0и 0,00 0,00 0,00 0,00

U1 Чистая приведенная стоимость при внутренней норме доходности млн.руб 0,0и - - - -

ских расчетах современных топочных устройств, представляет значительные затруднения, как и оценить вклад ГДТП в научную базу данных о внутритопочных процессах. Расчет производится на период использования системы градиентной теплометрии 5 года. В соответствии с новыми правилами торговли на оптовом рынке электроэнергии Наза-ровская ГРЭС получает плату за заявленную мощность (см. таблицу 3.1). Даже в случае полного останова блока (не аварийного) станция продолжает получать плату за мощность. Ввиду этого и возникает отрицательная разность отпускной цены электроэнергии и ее себестоимости.

Исходные данные по эксплуатации котла П-49 получены по запросу на Назаровской ГРЭС (таблица 1) и из [1].

Ввиду отсутствия опытных данных по ресурсным испытаниям измерительных ячеек на базе ГДТП и на основе данных о работе термовставки с ГДТП принимаем срок службы одной измерительной ячейки с ГДТП при самом неблагоприятном исходе событий равным 3 мес (2160 ч.). Это допущение обосновано усовершенствованием способа приварки отводящих электродов. Таким образом, предполагаем замену каждой измерительной ячейки 4 раза за 1 год. Соответственно, за один год требуется изготовить и установить 26 х 4 = 104 ГДТП. Замена ГДТП осуществляется с действующих площадок обслуживания на работающем котле и не требует останова и расхолаживания топки. В таблице 2 представлены исходные данные, основанные на опыте изготовления измерительных ячеек с ГДТП.

Экономический расчет и оценка эффективности инвестиций проводились в соответствии с методическими рекомендациями [2]. При расчете переменных затрат учтено следующее: приобретение цифровой преобразовательной аппаратуры; приобретение удлиняющего провода от 26ти датчиков к преобразовательной аппаратуре; изготовление и приварка сухарей и защитных труб на газоплотных экранах; приобретение коммутирующего оборудования; монтажа и наладки измерительного комплекса на основе ГДТП.

При расчете постоянных затрат учтено следующее: количество расшлаковок в год без внедрения градиентной теплометрии — 6, при внедрении градиентной

теплометрии —3; Затраты на содержание пылезавода во время простоя из-за расшлаковки; упущенная выручка от недовыработки электроэнергии при останове из-за расшлаковки; ежегодные затраты на приобретение ГДТП в количестве 104 шт.; затраты на замену ГДТП равны 0 ввиду простоты монтажа, отсутствия привлечения сварочных работ, отсутствия необходимости сооружения строительных лесов, а также останова и расхолаживания котла.

Внедрение градиентных датчиков теплового потока для диагностики топочного процесса позволяет получить следующие денежные потоки: экономия на расшлаковке в количестве 3х раз в год; экономия на содержании центрального пылезавода во время простоя из-за расшлаковки; выручка при реализации электроэнергии при сокращении расшлаковок с 6 до 3 раз в год.

Оценка экономической эффективности представлена в виде следующих показателей: срок окупаемости,

среднегодовая чистая прибыль (МР), внутренняя норма доходности (1ЯЯ), средняя норма рентабельности (АКЯ), чистая приведенная стоимость (МРУ) и индекс доходности (Р1).

Капитальные вложения во внедрение системы градиентной теплометрии составляют: З = С11ГТЛ + С + С

г пер ЦПА пров сух

+ С + С =95000 + 32500 + 30000 + 3500 + 20000 = 181

ком монт

000 руб. Результаты расчета показателей эффективности сведены в таблице 3.

В результате оценки показателей эффективности внедрения градиентных датчиков теплового потока на корпусе А котла П-49 Назаровской ГРЭС получены вполне оптимистичные результаты. Так, срок окупаемости при планируемом КИУМ = 0,6 составил 1,3 мес., среднегодовая чистая прибыль NP = 8,37 млн.руб/год, средняя норма рентабельности ARR = 4623 %, чистая приведенная стоимость NPV = 176,9 млн.руб, а индекс доходности PI = 1057.

Для сравнительного анализа экономической эффективности внедрения градиентных датчиков теплового потока приведем в качестве примера теплометрический комплекс FACOS™ SMART FLUX™ фирмы Clyde Bergemann (Клайд Бергеманн) [3]. Стоимость диагностического оборудования Clyde Bergemann для котла П-49 составляет 30 млн. руб (со слов представителя фирмы Clyde Bergemann на очередном совещании на Назаровской ГРЭС в 2012 г., что несопоставимо больше внедрения градиентных датчиков теплового потока.

Градиентные датчики теплового потока, их компактность, простота монтажа, низкая стоимость изготовления и доказанная в данной работе экономическая эффективность внедрения на действующем котле делают их универсальным и конкурентоспособным средством топочной те-плометрии. Как показали расчеты, финансовые затраты на внедрение системы градиентной теплометрии на корпусе А парового котла П-49 более чем на 2 порядка ниже полученной чистой прибыли.

Список использованных источников

1. О внесении изменения в приказ Региональной энергетической комиссии Красноярского края от 15.12.2010 № 299-п «Об установлении единых (котловых) тарифов на услуги по передаче электрической энергии на территории Красноярского края. - Приказ РЭК № 34-п.

2. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (вторая редакция). УТВЕРЖДЕНО: Министерство экономики РФ, Министерство финансов РФ, Государственный комитет РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике № BK 477 от 21.06.1999 г.

3. http://www.bergemann.ru (дата обращения: 04.12.2012).