Курсовые по энергетике
БН
Экология
Карта

Малая теплоэнергетика

Газотурбинная теплоэлектростанция «Урал-4000»

Для обеспечения надежности энергоснабжения и снижения себестоимости электрической и тепловой энергии в Республике Башкортостан взят курс на применение газотурбинных технологий для комбинированной выработки электроэнергии и тепла. В связи с тем, что газотурбинная установка мощностью 4 МВт в состоянии обеспечить электроэнергией и теплом поселок с населением в 7–8 тыс. человек, было принято решение о строительстве в с. Большеустьикинское Мечетлинского района ГТУ-ТЭЦ "Шигили" на базе газотурбинной электростанции (ГТЭС) "Урал-2500Р" (в настоящее время электростанция выпускается в серийном исполнении с условным обозначением "Урал-4000") табл. 2.11 и 2.12.

ГТЭС серии "Урал" предназначена для производства электроэнергии для промышленных и бытовых потребителей, а при использовании котла-утилизатора – для совместного производства электроэнергии, горячей воды и пара. Основными узлами ГТЭС являются газотурбинная установка и генератор, размещенные в транспортабельном контейнере с шумотеплоизолирующей обшивкой. ГТЭС укомплектована всеми необходимыми системами жизнеобеспечения и вспомогательными устройствами, а также комплексом контроля и управления электростанцией
КУЭС‑25ШР, разработанным ОАО "СТАР".

При разработке ГТЭС использован многолетний опыт ОАО "Авиадвигатель" по созданию газотурбинных двигателей, приводных и энергетических ГТУ, в том числе на базе конвертированного авиационного двигателя Д-30 – одного из самых надежных и доведенных за 30 лет эксплуатации. Основные конструкторские решения ранее были успешно отработаны на серийно выпускаемых установках ГТУ-2,5П и ГТУ-4П (мощностью 2,5 и 4,0 МВт соответственно), разработка которых осуществлена по заданию РАО "Газпром". Газотурбинная установка выполнена двухвальной, со свободной силовой турбиной. Ротор газогенератора состоит из 10-ступенчатого осевого компрессора и двухступенчатой осевой турбины. Камера сгорания – трубчато-кольцевого типа с 12 жаровыми трубами. Частота вращения силовой турбины составляет 5520 оборотов в минуту.

В состав турбоагрегата входит специально спроектированный турбогенератор ГТГ-4-2РУХЛ3 производства ОАО "Привод", особенностью которого является картерная схема смазки подшипников (без маслостанции). В генераторе применена бесщеточная система возбуждения, которая упрощает обслуживание и облегчает автоматизацию энергоустановки. Так как частота вращения турбогенератора составляет 3000 об./мин, используется редуктор с передаточным отношением 1,84.

Выхлопные газы из двигателя поступают в теплоутилизатор, где происходит нагрев технологической воды, которая затем поступает в блок пластинчатых теплообменников и нагревает сетевую воду. Электрическая мощность, вырабатываемая генератором, передается в сеть ОАО АК "Башкирэнерго" или локальную сеть.

Проектные значения основных показателей установки ГТУ-4П в условиях ISO (tвх = + 15 °С; рн = 0,1013 МПа; влажность = 60 %, без потерь давления на входе и выходе) следующие: степень сжатия – 7,3; расход газа за турбиной – 29,41 кг/с; мощность на клеммах генератора – 4,17 МВт; КПД в простом цикле = 24 %; температура газов на входе в турбину – 790 °С; температура отработавших в турбине газов – 421 °С; тепловая мощность отработавших в турбине газов (при снижении их температуры до 110 ºС) – 8,5 Гкал/ч; коэффициент использования топлива при совместной выработке электроэнергии и тепла – 81 %; выбросы NОх и СО при 15 % О2 в выходящих газах – не более 50 мг/м3.

Таблица 2.11

Параметры двигателя Д-30ЭУ-2 в составе ГТЭС "Урал-2500Р"

на номинальном режиме

Вид

испытания

nk, об./мин

рк, кгс/см2

Тст,

К

рст,

кгс/см3

σвх

σвых

ПИ от 20.02.01

10060

7,56

718

1,075

0,991

0,959

ПСИ от 20.09.99

10020

7,5

717,8

1,07

0,998

0,969

* Получены в процессе приемочных испытаний (ПИ) ГТУ-ТЭЦ «Шигили» и заводских приемо-сдаточных испытаний (ПСИ).

Таблица 2.12

Основные технико-экономические показатели

ГТУ-ТЭЦ "Шигили"

Наименование показателя

Величина

Установленная мощность:

− электрическая, МВт;

− тепловая (при снижении температуры газов после теплоутилизатора до 150 °С), Гкал/ч (МВт)

4,0

7,6 (8,8)

Коэффициент использования энергии топлива при комбинированной выработке тепла и электроэнергии, %

> 75,4

Первый пуск ГТЭС с выходом на режимы номинальной (4,0 МВт) и максимальной (4,8 МВт) электрической нагрузки в сети ОАО АК "Башкирэнерго" состоялся 27 декабря 2000 г.

Первые пуски, вопреки ожиданиям эксплуатационников, показали практически безотказную работу газотурбинной установки и одновременно выявили ряд конструктивных недостатков генератора, которые были учтены при поставке последующих установок. В марте 2001 г. (после комплексного опробования ГТУ-ТЭЦ с ГТЭС "Урал-2500" в течение 72 ч с нагрузкой) ГТУ-ТЭЦ "Шигили" с ГТЭС "Урал-2500Р" была принята в эксплуатацию. Общий вид представлен на рис. 2.38.

В состав основного оборудования ГТУ-ТЭЦ входят:

ГТЭС "Урал-2500Р";

водогрейный теплоутилизатор;

водоводяной пластинчатый теплообменник; система газоснабжения для ГТЭС;

система подачи пускового сжатого воздуха от агрегата ТА-6А к ГТЭС;

автоматизированная система контроля и управления технологическими процессами (АСУ ТП) ГТУ-ТЭЦ.

При создании АСУ ТП ГТУ-ТЭЦ "Шигили" было принято принципиальное решение об использовании в проекте отечественного оборудования и собственного программного продукта. Это позволило снизить стоимость и существенно упростить обслуживание и эксплуатацию всего комплекса в целом, а также оперативно вносить необходимые коррективы на любом уровне.

В период со 2 по 4 июля 2001 г. приемочная комиссия, назначенная приказом по РАО "ЕЭС России", провела приемочные испытания теплоцентрали ГТУ-ТЭЦ "Шигили" с первым (головным) образцом ГТЭС "Урал-2500Р" (ГТЭС "Урал-4000"). К этому времени ГТЭС в составе ГТУ‑ТЭЦ "Шигили" имела наработку 1133 ч. Приемочные межведомственные испытания проводились по специальной программе, предусматривающей проверку работы ГТУ-ТЭЦ "Шигили", ее оборудования, систем и инженерных коммуникаций в соответствии с требованиями эксплуатационной документации. Время работы ГТУ-ТЭЦ в процессе испытаний определялось с учетом ограничений по температуре сетевой воды (не выше 114 °С).

В процессе испытаний проверялись основные параметры ГТЭС на номинальном режиме (в установившемся тепловом состоянии), характеристики переходных процессов при включении/отключении нагрузки ГТЭС, характеристики маслосистем газотурбинного двигателя, редуктора и генератора в системе ГТЭС, характеристики топливной и пусковой систем в составе ГТЭС, уровень вибраций двигателя и генератора в системе ГТЭС, уровень шума и содержание вредных веществ ((Ж)Х и СО) в выхлопных газах.

Измерения параметров режима ГТЭС в процессе пусконаладочных работ и межведомственных испытаний проводились с помощью штатных средств АСУ ТП, комплекса управления КУЭС-2500Р и специальной измерительной системы "Парус".

Измеренные параметры (в том числе электрическая мощность, частота вращения роторов и температура газов на выходе из двигателя) были приведены к стандартным (расчетным) атмосферным условиям: наружной температуре + 15 °С (288 К) и барометрическому давлению 1,013 бар (760 мм рт. ст.) в соответствии с ГОСТ 20440-75.

Запуск двигателя ГТЭС производился сжатым воздухом с избыточным давлением 4...6 кгс/см2 и температурой 100... 150 °С по заданному алгоритму САУ. Время автоматического запуска из прогретого состояния с момента подачи команды на запуск до выхода ГТУ на режим "холостой ход" составляло до 420 с, включая период вентиляции перед запуском (300 с). Время пуска и нагружения ГТЭС, включая указанное время запуска и прогрев ГТУ в течение 2–5 мин, составляло до 12 мин. В аварийных ситуациях, при необходимости, время запуска из прогретого состояния может быть сокращено до 130 с, время пуска и нагружения – до 5 мин.

В процессе испытаний проверялись характеристики переходных процессов при отключении электропитания с. Большеустьикинское от сети ОАО АК "Башкирэнерго" и переключении ГТЭС "Урал-2500Р" из сети "Башкирэнерго" на локальную сеть с дефицитом мощности – имитация аварийной ситуации при коротком замыкании и отключении ВЛ (110 кВ). При включении/отключении нагрузки до 50 % номинальной переходного отклонения напряжения генератора не было отмечено (в пределах допуска ГОСТ 13109). Во время переключения ГТЭС из параллельной работы » сети ОАО АК "Бишкирэнерго" на локальную сеть переходное отклонение частоты генератора составляло + 2 % в течение 5 с при сбросе 50 % номинальной нагрузки (с 4000 до 2000 кВт при переходе из параллельной работы на локальную сеть) и + 8 % в течение 5 с при сбросе нагрузки с 2000 до 110 кВт (собственные нужды ГТУ-ТЭЦ). Характеристики переходных процессов с учетом параметров стационарных режимов соответствовали заданным в ТЗ.

Была проведена проверка увеличения тепловой мощности при снижении температуры воздуха на входе в ГТЭС с помощью специального регулирования двигателя. Подтверждено увеличение тепловой мощности на 17 %, что обеспечивает требуемую минимальную тепловую мощность в соответствии с ТЗ при снижении температуры окружающей среды до минус 36 °С.

Для обеспечения непрерывной работы теплоутилизатора в течение всего отопительного периода отрабатывалась методика проведения регламентных работ по техобслуживанию ГТУ через 3000 ч, а не через 1500 ч, назначенных руководством по эксплуатации. Это позволит проводить техобслуживание ГТУ два раза в год – перед началом и по окончании отопительного периода.

При проверке маслосистем двигателя и редуктора были определены безвозвратные потери масла: по двигателю – 0,107 кг/ч (по ТЗ – 0,4 кг/ч), по редуктору – 0,07 кг/ч (по ТЗ – 0,2 кг/ч). Картерная смазка генератора показала надежную работу и подтвердила правильность принятого решения при выборе системы смазки генератора.

Уровень вибраций двигателя и генератора определялся по измерениям виброскоростей на корпусе двигателя в районе передней и задней подвесок двигателя и на крышках подшипников генератора. Измеренные виброскорости двигателя составили 2,1...3,6 мм/с (по ТЗ – не более 30 мм/с), генератора – 2,9...3,3 мм/с (по ТЗ – не более 4,5 мм/с).

Уровень шума при работе ГТУ-ТЭЦ соответствует требованиям СНиП.

Измерения выбросов NОx производились на режимах 2000...4400 кВт, СО – на режимах 4000...4400 кВт. Приведенные к 15 % О, выбросы NОХ составили 10...29 мг/м3, выбросы СО – 54...75 мг/м3. Кстати, Пермским центром экологической сертификации Государственного комитета РФ по охране окружающей среды на установку ГТУ-4П выданы экологический сертификат, удостоверяющий соответствие содержания оксидов азота в отработанных газах нормам ГОСТ 29328-92, и лицензия, разрешающая применение знака экологической сертификации.

Удельный расход условного топлива на номинальном режиме при совместной выработке электроэнергии и тепла (NЕ = 4000 кВт, Qг = 7,6 Гкал/час, G5 = 12800 кВт, Qт = 1237 кг/ч) составил 161,73 г у.т./(кВт·ч) (эквивалентный удельный расход на выработку тепла – 188,09 кг у.т./Гкал). Коэффициент использования тепловой энергии топлива при этом равнялся 75,4 %. Если же принять удельный расход на выработку тепла 143,4 кг у.т./Гкал (средний по ОАО АК "Башкирэнерго" в 2000 г.), то удельный расход на выработку электроэнергии составил 245,1 г у.т./(кВт·ч) (средний показатель по ОАО АК "Башкирэнерго" в 2000 г. – 334,9 г у.т./(кВт·ч).

По результатам работы ГТУ-ТЭЦ "Шигили" в ноябре 2001 г. при эксплуатационных условиях, то есть при работе по тепловому графику (средняя нагрузка – примерно 1,7 МВт), себестоимость отпущенной электроэнергии (без учета амортизационных отчислений) составила 12,1 коп./(кВт·ч) при средней себестоимости по ОАО АК "Башкирэнерго" за этот же период – 30,5 коп./(кВт·ч). Себестоимость отпущенного тепла составила соответственно 76,5 и 107,3 руб./Гкал. В декабре 2001 г. при средней нагрузке 3 МВт себестоимость электроэнергии составила 8,7 коп./кВт·ч при средней себестоимости по энергосистеме за тот же период – 34,6 коп./кВт·ч. себестоимость тепловой энергии – 76,3 и 109,1 руб./Гкал соответственно.

Главный вывод приемочных испытаний: ГТЭС "Урал-2500Р" ("Урал-4000") в составе ГТУ-ТЭЦ "Шигили" подтвердила соответствие всех ее показателей техническому заданию на проектирование. С начала отопительного сезона 2001–2002 г. в непрерывном режиме полностью покрыта тепловая потребность подключенных потребителей. На 16 января 2002 г. наработка электростанции составила 3124 ч. Эксплуатация ГТЭС "Урал-2500Р" в Республике Башкортостан успешно продолжается.


На главную