Выбор ГТУ для надстройки над энергетическим котлом при создании комбинированной парогазовой установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

32

ВЫБОР ГТУ ДЛЯ НАДСТРОЙКИ НАД ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ КОТЛОМ ПРИ СОЗДАНИИ КОМБИНИРОВАННОЙ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

Брезгин К.Н.

Наиболее эффективным использованием природного газа является применение газотурбинных установок (ГТУ), в которых выхлопные газы полностью направляются в обычные энергетические котлы или котлыутилизаторы (паровые или водогрейные). Особенно привлекательным представляется использование ГТУ при создании новых небольших ТЭС и реконструкции котельных. Наибольший коэффициент использования тепла сгорания топлива достигается при так называемой сбросной схеме, когда уходящие за ГТУ дымовые газы направляются в традиционный водогрейный или паровой котел, либо в котел-утилизатор (КУ) с дожигающим устройством. В этом случае, при дожигании на котле кислорода идущего в дымовых газах возможно достижение коэффициентом использования тепла уровня 90%. Особо следует отметить, что газотурбинная надстройка вполне приемлема и для существующих паросиловых блоков ТЭЦ, поскольку не только повышает мощность и КПД блока при инвестициях в 3…4 раза меньших, чем при строительстве новых бинарных ПГУ, но и улучшает экологические показатели станции в целом. Известны разработки, проводимые фирмой ОРГРЭС, по реконструкции энергоблока К-215 Псковской ГРЭС с паровым котлом ТПЕ-208 [2]. Согласно исследованиям, предложена технологическая схема организации совместной работы котла с ГТУ-20С с вытеснением регенерации высокого давления и частичным теплоснабжением. В качестве варианта надстройки ТЭЦ на базе паровой турбины ПТ-30-90/10 была выбрана схема с утилизацией продуктов сгорания от газовой турбины в паровом котле Е-230-100ГМ (т.е. реализация комбинированной парогазовой установки по сбросной схеме). Дымовые газы от двигателя по газоходу направляются в реконструированный котел для генерирования потребного количества пара с заданными параметрами.

Чтобы не нарушать аэродинамическое сопротивление котла, ГТУ необходимо подбирать по расходу дымовых газов. Для его определения по нормативному методу [3] произведен расчет экономичности работы при номинальной нагрузке 230 т/ч. На данном паровом котле в качестве топлива используется природный газ из газопровода Уренгой-Ужгород. Поэтому в качестве исходных данных использованы его характеристики.

Рассчитываются объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания топлива. Принимается коэффициент избытка воздуха для верха топки и присосы по газовоздушному тракту котла.

Согласно уравнению теплового баланса принимаются удельные значения потерь теплоты и определяется коэффициент полезного действия котельного агрегата (брутто). Рассчитывается полезно использованная в паровом котле теплота (по пароводяной «стороне») и полный расход топлива. Определяется искомый расход дымовых газов в топке парового котла. В результате расчета расход дымовых газов составил G_ДГ = 61, 86кг с/. По каталогу газотурбинного оборудования [1] данному требованию в пределах ±10% удовлетворяют энергетические ГТУ отечественного производства с частотой вращения ротора 3000 об/мин, представленные в Таблице 1.

Табл. 1. Основные данные по энергетическим ГТУ отечественного производства

Из Табл. 1 выбирается газотурбинная энергетическая установка АЛ-31СТЭ мощностью 18 МВт производства ОАО «УМПО» г. Уфа, у которой расход газов на выходе из силовой турбины составляет 65, 87 кг/с (запас по расходу составил 6, 5%) c температурой 762 К. Критерием выбора также является достаточно высокий КПД цикла Брайтона, электрическая мощность и место производства, поскольку надстраиваемый котел Е-230-100ГМ эксплуатируется на Уфимской ТЭЦ-3.

При сбросе продуктов сгорания в котел должен обеспечиваться минимальный температурный напор на горячем конце пароперегревателя в 30⁰С [4]. Следовательно, для генерирования пара с температурой 510⁰С (783 K) необходимо вводить дожигание топлива.

Чтобы использовать энергетическую ГТУ для надстройки парового котла по сбросной схеме, необходимо размещать ее в непосредственной близости к котлу для сокращения протяженности весьма больших па габаритным размерам газоходов. Такое условие трудно выполнить при модернизации действующих энергоустановок из-за отсутствия свободных площадок. В схеме ПГУ приходится устанавливать несколько газовых шиберов большого диаметра для перераспределения потока выходных газов ГТУ при изменении режима работы и обеспечивать их надежную эксплуатацию. Они должны быть быстрозапорными, а их эксплуатация - автоматизированной в широком диапазоне нагрузок. Выходные газы ГТУ по газоходу направляются в горелки парового котла для сжигания в их среде газообразного топлива, т.к. они содержат достаточное количество несгоревшего кислорода (a= 3, 0...4, 0).

В базовом варианте тепловой схемы ПГУ сбросного типа в паровом котле отсутствует воздухоподогреватель. Общее количество газов, которые проходят через поверхности нагрева котла, увеличивается до 2030%, а их температура за котлом (т.е. за водяным экономайзером) составляет около 230⁰С. Для охлаждения этих газов до температуры 130⁰С отключают ПВД, часть ПНД и подогреватель очищенной воды. В конвективной шахте устанавливают газовый подогреватель низкого давления (ГПНД) и газовый подогреватель очищенной воды (ГПОВ), в которых нагревается основной конденсат и химочищенная вода. Это увеличивает расход пара в конденсатор, повышает ее электрическую мощность и снижает экономичность паротурбинной установки. При этом соблюдаются ограничения по максимальному расходу пара в конденсатор и предельной электрической нагрузке генератора ПТУ. Также возможна установка газового подогревателя сетевой воды (ГПСВ) для отпуска теплоты внешнему потребителю. Газоводяные подогреватели, выполненные из труб с поперечно-спиральным оребрением, размещены в конвективной шахте.

При сжигании топлива в среде забалластированных продуктами сгорания газов ГТУ температура в зоне активного горения топлива топочной камеры парового котла понижена, что в свою очередь снижает общее количество выбросов оксидов азота в ПГУ сбросного типа на 25-30% по сравнению с выбросами паросиловых блоков аналогичной мощности.

Из-за общего увеличения количества дымовых газов за паровым котлом приблизительно на 20% при переходе к парогазовому циклу потребуются реконструкция тягодутьевой установки и увеличение производительности дымососов. Изменятся также условия работы дымовой трубы, поэтому необходимо пересчитать эпюры статического давления газов в ней и обеспечить ее надежную эксплуатацию [4].

газотурбинный тепловой сеть оборудование

Список использованной литературы

1. Каталог газотурбинного оборудования. Газотурбинные технологии. - Газпром, 2006.

2. Надстройка тепловой схемы энергоблока К-215 Псковской ГРЭС газотурбинными установками / Буринов М. А., Коновалов Р. Н. // Обобщение опыта эксплуатации теплотехнического оборудования, тепловых сетей, зданий и сооружений энергопредприятий: Сборник докладов технической конференции. - М.: ЦПТИ ОРГРЭС, 2004. - С. 120-141.

3. Тепловой расчет (нормативный метод). - СПб.: Издательство НПО ЦКТИ, 1998. - Издание 3-е, переработанное и дополненное. - 256 с.

4. Цанев С. В. Газотурбинные и парогазовые установки электростанций: Учебное пособие. - М.: МЭИ, 2002. - 580 с.

Размещено на Allbest.ru