Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование газотурбинных установок на базе двигателя Д-30 при реконструкции энергетических хозяйств промышленных предприятий

Храмов С.

Введение

В ОАО « Авиадвигатель» на базе авиационного двигателя Д-30 третьей серии разработано семейство промышленных газотурбинных двигателей мощностью 2,5-6 МВт, применяемых для энергетических газотурбинных установок (ГТУ) и газотурбинных электростанций (ГТЭС):

- Д-30ЭУ-1- номинальной мощностью 2,5 МВТ, эксплуатируется в составе ГТУ-2,5П с 1995г.

- Д-30ЭУ-2- номинальной мощностью 4,0 МВт, эксплуатируется в составе ГТУ-4П с 1997г.

- Д-30ЭУ-6- номинальной мощностью 6,0 МВт. Головной образец прошел испытание на специальном стенде в 2001г.

Все двигатели выполнены по двухвальной схеме, со свободной силовой (СТ). Применение такого газотурбинного двигателя в сочетании с фрикционной муфтой на приводе генератора позволяет иметь высокие характеристики переменных режимов работы двигателя. Это дает неоспоримые преимущества при использовании газотурбинной установки в электростанциях, особенно при работе на локальную нагрузку - обеспечивается высокая надежность установки при резких изменениях нагрузки. Ротор газогенератора состоит из 10-ступенчатого осевого компрессора и 2-ступенчатой осевой турбины. Силовая турбина (осевая, 2-ступенчатая) имеет только газодинамическую связь с газогенератором. Для снижения частоты вращения выходного газа ГТУ до 3000 об/мин (частота вращения электрогенератора) использован редуктор. Общий вид энергоблока на базе ГТУ-4П показан на рис.1

Рис. 1 Общий вид энергоблока ГТУ-4П

Основные конструкторские решения отработаны на серийно выпускаемых установках ГТУ-2,5П и ГТУ-4П.

При разработке и создании Д-30ЭУ-6 проведены расчетные и экспериментальные исследования характеристик компрессора и турбин. В результате при незначительном изменении конструкции, с использованием существующей материальной части, удалось получить значительное улучшение характеристик компрессора и турбин, что позволило создать газотурбинную установку номинальной мощностью 8 МВт.

Основные технические характеристики семейства ГТУ ОАО «Авиадвигатель»

Рассмотрим пример реконструкции энергетического хозяйства промышленного объекта с существующей паровой котельной.

1. Существующее положение

Годовое потребление тепловой энергии (сумма отопительной и технологической нагрузок) составляет 212 тыс. Гкал, электрической энергии - 57252 тыс. кВт/ч.

Средняя фактическая тепловая нагрузка потребителей приведена ниже в табл.

Тепловые нагрузки объекта

Таким образом, фактическая средняя тепловая нагрузка объекта составляет:

· Лето, 24-25 т/ч (порядка 15 Гкал/ч)

· Зима, 33 т/ч (порядка 20 Гкал/ч)

Средняя величина отопительной нагрузки составляет около 5-8 Гкал/ч.

Электрическая нагрузка объекта обеспечивается собственными ТП от внешних сетей.

Мощность потребителей составляет:

· Требуемая - 8 МВт

· Пиковая - 7,5 МВт

· Среднегодовая - 6,54 МВт

· Среднемесячная - от 5,77 до 7,05 МВт

· Среднесуточная - от 6,6 МВт (лето, рабочие и выходные дни) до 6,8 МВт (зима, рабочие и выходные дни)

Таким образом, среднесуточная нагрузка потребителей электрической энергии практически не изменяется в течение года.

Потребляемая электрическая мощность объекта колеблется в пределах 6,6-6,8 МВт.

Годовое потребление электроэнергии объектом и заявленная мощность по месяцам представлены в таблице.

Потребление электроэнергии по месяцам

Выработка на объекте собственной электроэнергии целесообразна только в том случае, когда этот процесс осуществляется энергосберегающим способом.

Получение электроэнергии посредством сжигания органического топлива (другого варианта на заводе не имеется), используя энергосберегающие технологии, возможно только при совместной выработке тепла и электроэнергии или выработке электроэнергии на тепловом потреблении объекта. Поэтому уровень потребления тепла является определяющим при выборе типа оборудования мини-ТЭЦ.

Для получения приемлемых технико-экономических показателей необходимо, чтобы устанавливаемое электрогенерирующее оборудование было загружено на номинальную нагрузку в течение всего года, вырабатывая электроэнергию на тепловом потреблении.

Пар на выходе из котельной, имеющий параметры, Р_п=1,4 МПа, t_п=225° С при наличии значительных тепловых нагрузок в паре с давлением 0,25 МПа позволяет вырабатывать электроэнергию посредством установки противодавленческой турбины.

Срабатывание давления пара в турбине типа «Р» от 1,2ч1,3 МПа до 0,25 МПа при расходе пара 14-18 т/ч (нагрузка в паре низкого давления) позволяет выработать не более 1 мВт электрической энергии, что не обеспечивает потребности объекта. Таким образом, единственно возможным способом совместной выработки тепла и электроэнергии является это установка газовой турбины с паровым котлом-утилизатором.

Для выработки электроэнергии и тепловой энергии в виде пара с давлением 1,4 МПа и температурой 225°С, предлагается установить две энергетических газотурбинных установки номинальной электрической мощностью по 4 МВт (в условиях ISO), производства ОАО «Авиадвигатель» г. Пермь, оснащенных горизонтальными паровыми котлами-утилизаторами КУ паропроизводительностью порядка 13,0 т/ч.

Завод-изготовитель парового КУ и его точные параметры производительности будут определены на последующих стадиях.

Пар, вырабатываемый котлами-утилизаторами, поступает в существующий паросборный коллектор энергетических котлов и далее разбирается по потребителям.

Для обеспечения требуемого давления газа перед камерой сгорания ГТУ необходимо смонтировать дополнительную компрессорную станцию (ДКС) с пунктом подготовки топливного газа, где будет осуществляться очистка и осушка компрессированного природного газа.

Турбогенераторы ГТУ будут работать параллельно с энергосистемой. Таким образом, уровень потребления электрической мощности от энергосистемы уменьшится на мощность установленного на мини-ТЭЦ электрогенерирующего оборудования. При мощности электростанции 8 МВт потребление от системы снизится до нуля. Покупка электроэнергии будет осуществлять только при плановых остановках ГТУ на ремонт и обслуживание, что позволит существенно снизить затраты на приобретение электроэнергии для нужд технологического процесса объекта.

Основные технические характеристики газотурбинных агрегатов при температуре наружного воздуха +15С и давлении наружного воздуха 0,1013 МПа приведены в табл.

Основные технические характеристики газотурбинного агрегата при температуре наружного воздуха +15С и давлении наружного воздуха 0,1013 МПа

Газотурбинная электростанция. Газотурбинная электростанция «Урал-4000» предназначена для производства электроэнергии переменного тока с помощью синхронного трехфазного турбогенератора ГТГ-4-2РУХЛ3, приводимого газотурбинной установкой ГТУ-4П, в основе которой лежит двигатель Д-30ЭУ-2 и редуктор Р-45.

ГТЭС имеет блочно-транспортабельное исполнение и на место строительства транспортируется по частям - отдельными блоками:

· контейнер турбоблока (теплозвукоизолирующий), в котором размещаются: газотурбинная установка ГТУ-4П, в том числе:

- газотурбинный двигатель Д-30ЭУ-2 (на раме), с агрегатами топливопитания и автоматики;

- редуктор Р-45 (на раме);

-трансмиссии «двигатель-редуктор» и «редуктор-генератор»;

- входная камера, выходное устройство, компенсатор с кожухом, бронещит;

· турбогенератор с системой возбуждения генератора ГТГ-4-2РУХЛЗ;

· трубопроводы;

· электрооборудование;

· САУ ГТЭС - КУП

· воздухозаборное устройство;

· пульт пожарной сигнализации;

· электропроводка ГТЭС;

· блок вентиляции;

· система вентиляции;

· блок аппаратов воздушного охлаждения масла систем маслообеспечения двигателя и редуктора, трубопроводы к блоку;

· эксплуатационный одиночный комплект запасных частей.

Контейнерная ГТУ может быть установлена как в помещении, так и открыто, вне здания. энергетический паровой котельная газотурбинный

Котел-утилизатор паровой. Котел-утилизатор паровой (КУП) предназначен для утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя с целью выработки технологического пара заданного давления и температуры, а также попутного снижения уровня шума выхлопа. Это позволяет повысить коэффициент использования топлива ГТЭС до 80-85% (и более) и снизит сбросы теплоты с выхлопными газами двигателя в окружающую среду.

Расположение КУП горизонтальное.

Тип котла - автоматизированный, паровой, барабанный, конвективный, водотрубный со спирально-ленточным оребрением, газоплотный с одноходовым движением выхлопных газов, с естественной циркуляцией.

Котел может быть выполнен как для установки в помещении, так и вне здания.

Краткие технические характеристики котла-утилизатора парового приведены ниже, табл.

Технические характеристики КУП

3. Показатели мини-ТЭЦ

Краткие технические характеристики и годовые показатели работы мини-ТЭЦ при постоянной работе в течении года приведены ниже, в таблице.

Годовые показатели работы (отпуск электрической и тепловой энергии, расход топлива) определены при среднегодовой мощности мини-ТЭЦ на уровне 7 МВТ (работа электростанции в течении года в интервале мощностей от 6,0 МВт - минимальная среднемесячная до 7,5 МВт - максимальная пиковая). При этом среднегодовая тепловая мощность принята равной 22,7 т/ч (14.3 Гкал/ч).

Показатели предлагаемого варианта мини-ТЭЦ.

Представленные в табл. данные свидетельствуют, что предлагаемый вариант газотурбинной мини-ТЭЦ установленной электрической мощностью 8 МВт полностью обеспечивает годовые потребности объекта в электрической энергии в количестве 57 528 тыс.кВт x ч. Среднегодовой отпуск тепловой энергии составляет до 171,8 тыс.т или 125,5 тыс.Гкал, что несколько ниже потребности объекта в тепловой энергии, равной 212,2 тыс.Гкал. Таким образом, тепловой мощностью предлагаемой мини-ТЭЦ покрывается базовая часть графика тепловых нагрузок более чем 50%, а существующими паровыми котлами - пиковая часть этого графика.

Вопрос с покрытием всей тепловой нагрузки объекта паром от мини-ТЭЦ может быть решен при размещении на вновь сооружаемой электростанции паровых котлов-утилизаторов с дожигом. Такое техническое решение позволит увеличить годовой отпуск тепловой энергии в паре до требуемой величины 212,2 тыс.Гкал.

Однако применение парового котла с дожигом потребует дополнительно газа на дожигающее устройство, что составит до половины годового потребления топлива газотурбинными установками. Ввиду более высокого термического КПД энергетических котлов, чем КПД котлов-утилизаторов, расход топлива на производство необходимого дополнительного количества пара существующими энергетическими котлами существующей котельной будет ниже, чем при выработке эквивалентного количества пара за счет дожига в паровом котле-утилизаторе.

Использование дожигающего устройства также существенно усложняет конструкцию котла-утилизатора и увеличивает начальные капиталовложения в инвестиционный проект.

Исходя из вышеизложенного, при наличии на объекте действующей паровой котельной с современными и новыми котлами, строительство мини-ТЭЦ с КУ с дожигом не целесообразно и в настоящем предложении не рассмотрено.

4. Состав и размещение электростанции

На площадке электростанции будут размещены следующие здания, сооружения, оборудование и системы:

1. Главный корпус с основным и вспомогательным технологическим (включая ВПУ) и электротехническим (включая ГРУ и ГЩУ) оборудованием, системами и техническими помещениями;

2. Дожимные компрессоры с пунктом подготовки топливного газа;

3. Два резервуара противопожарного запаса воды с насосной внешнего пожаротушения;

4. Локальные очистные сооружения или канализационная насосная;

5. Подземный резервуар аварийного слива масла с ГТУ;

6. Проходная;

7. Внутриплощадочные дороги и проезды;

8. Ограждение площадки ТЭЦ.

Размещение двух газотурбинных энергоустановок предполагается выполнить в новом здании. Здание мини-ТЭЦ предлагается выполнить в металлическом каркасе с покрытием из комплексных панелей типа «Сэндвич».

Газотурбинные агрегаты будут установлены в машзале главного корпуса в шумозащитном кожухе, что позволит снизить уровень шума в помещении машзала до санитарных норм.

В главном корпусе также будет размещено: помещения персонала, электротехнические помещения (релейных панелей, ГЩУ, РУСН, ГРУ), технологические помещения (ВПУ, маслохозяйство, лаборатории), а так же ряд других вспомогательных помещений и систем.

Каждый котел-утилизатор будет оснащен индивидуальной дымовой трубой, высота которой будет определена после выполнения расчетов рассеивания вредных выбросов с учетом заданного фона в районе строительства мини - ТЭЦ.

Дожимные компрессора и технологическое оборудование пункта подготовки газа также предусмотрено разместить в быстромонтируемом здании с ограждающими конструкциями типа «Сэндвич». Для установки противопожарных насосов также принято отдельно стоящее здание аналогичного типа.

5. Ориентировочные этапы и сроки проекта

Определяющим в сроке строительства является срок изготовления газотурбинных агрегатов, который, по данным завода-изготовителя, составляет до 12 месяцев. Кроме этого, на срок реализации проекта в целом может повлиять время согласования экспертизы и утверждения проектной документации (утверждаемой части РП).

6. Стоимость строительства

Общий объем капитальных вложений на строительство мини-ТЭЦ (в пределах ограждения площадки) на условиях «под ключ» по укрупненным показателям в текущих ценах на 4 квартал 2006 года ориентировочно составит порядка 232,7 млн. руб. с учетом НДС.

7. Оценка коммерческой эффективности проекта

Оценка коммерческой эффективности предлагаемого проекта строительства собственной мини-ТЭЦ объекта выполнена без учета изменения стоимости денег во времени на основе критерия простого срока окупаемости.

Ориентировочный расчет окупаемости проекта приведен в Приложении.

Исходные данные для расчета приведены выше

1. Основные показатели работы мини-ТЭЦ в течении года - в разделе 3 (таблица).

2. Ориентировочная величина суммарных капиталовложений в строительство мини-ТЭЦ на условиях «под ключ» - в разделе 6, «Стоимость строительства».

3. Тарифы на энергоносители (без НДС):

· Электроэнергия: средневзвешенный, с учетом платы за заявленную мощность, руб./кВт Ч ч.- 1,3

· Теплота: в паре, руб./Гкал - 457,7

· Топливо (газ), руб./нм³ - 1,256

Остальные исходные, неиспользуемые при расчете простого срока окупаемости, приведены в соответствующей таблице в графе «Приложения» (Приложение).

Кроме срока периода окупаемости, на основе этих данных была определена себестоимость 2-х видов полезной продукции, отпускаемой от мини-ТЭЦ. А именно себестоимость электрической и тепловой энергии.

Основные технико-экономические показатели предлагаемого варианта строительства мини-ТЭЦ, приведены ниже, в таблице.

Основные технико-экономические показатели мини-ТЭЦ.

Представленные в этой таблице данные свидетельствуют о высокой эффективности предлагаемого варианта проекта строительства собственной мини-ТЭЦ объекта.

Так, себестоимость электрической энергии, отпускаемой с ГРУ электростанции составляет 0,61 руб./кВт x ч , что более чем в два раза ниже действующей тарифа на электроэнергию, равного 1,3 руб./кВт x ч. Себестоимость отпускаемой от мини-ТЭЦ тепловой энергии в паре оценивается величиной 107,2 руб./Гкал. Что в 4 раза ниже действующего тарифа 457,7руб./Гкал.

Инвестиционный проект окупается в 2,4 года с начала эксплуатации мини-ТЭЦ (оценка простого срока окупаемости), что составляет не более 4-х лет с начала строительства (начало разработки проектной документации).

Таким образом, данный инвестиционный проект обладает высокой коммерческой эффективностью и интересен не только Заказчику, но и любому потенциальному инвестору имеющему желание выгодно вложить свои финансы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Приложение

Размещено на Allbest.ru