Применение комбинированных циклов в парогазовых установках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Применение комбинированных циклов в парогазовых установках

Карев А.Н., студент магистратуры кафедры «Промышленной экологии и безопасности» Российский Государственный университет им. А.Н. Косыгина», Россия, г. Москва

Аннотация

тепловой электростанция парогазовый установка

Актуальность данной статьи состоит в анализе экономической эффективности тепловых электростанций с внедренными парогазовыми установками, разобраны преимущества применения комбинированных парогазовых установок, описана выгода их использования на ТЭС и способы повышения их эффективности.

Ключевые слова: парогазовая установка, комбинированный цикл, газотурбинная установка, теплоэлектростанция, котел-утилизатор, КПД.

Abstract

The relevance of this article is to analyze the economic efficiency of thermal power plants with integrated steam and gas installations, analyzed the advantages of using combined steam and gas installations, described the benefits of their use in thermal power plants and ways to improve their efficiency.

Key words: combined cycle, gas turbine plant, thermal power plant, heat recovery boiler, efficiency.

Одним из способов, обеспечивающих повышение экономической эффективности тепловых электростанций, является техническое развитие в области комбинированных циклов в парогазовых установках, позволяющий повысить КПД на 8-10%, в зависимости от схемы газовой турбины. Комбинирование газотурбинных и паротурбинных установок в едином тепловом цикле позволяет сочетать в одной установке высокотемпературный подвод (ГТУ) и низкотемпературный отвод (конденсатор) теплоты, что в итоге повышает термический КПД цикла, в результате и экономичность производства энергии.

Комбинированные установки реализуются при помощи тепла газов, отработавших в газотурбинной установке, для нагрева питательной воды и получения рабочего пара для паровой турбины. Они менее эффективны, так как присутствуют два уходящих потока, однако рациональны для модернизации существующих тепловых электростанций: вследствие слабых технологических связей между паровой и газотурбинной частями упрощается компоновка ГТУ и выбор их характеристик и размеров; поскольку вытеснение паровой регенерации приводит к значительному повышению мощности паровых турбин, затраты, разнесенные на сумму мощностей ГТУ и ПТУ, оказываются небольшими.

Характеристики ПГУ и эффективность применения газовых турбин в комбинированных циклах, зависят от параметров ГТУ. Повышение начальной температуры рабочего тела, приводит к повышению КПД газотурбинной установки, при неизменных условиях работы, в комбинированных циклах увеличивают долю газотурбинной мощности, что в результате приводит к повышению КПД и снижает стоимость всей ПГУ, так как растет мощность на единицу расхода газов при одинаковых габаритах).

Топливом для парогазовой установки является природный газ, который снижает до оптимального уровня температуру уходящих газов (110°С). Также возможно применение в качестве топлива для ГТУ генераторного газа, получаемого с помощью газификации угля. Парогазовая установка с сжиганием угля под давлением, применяемая на ТЭС, которые работают на угле, существенно повышает эффективность, при значительном снижении вредных выбросов оксидовсеры и азота.

Бинарные ПГУ мощностью до 1250 МВт чаще всего используются для покрытия пиковых и полупиковых нагрузок. Простота парового цикла и низкие характеристики пара с частыми пусками и остановами упрощают работу в переменной части графика нагрузки. Газотурбинная часть (65 -70% мощности блока), включенная в сеть, нагружается за 20-25 минут. Паровая турбина выходит на полную нагрузку через 30-90 минут после начала пуска, в зависимости от начального температурного состояния.

Увеличивая число ГТУ, работающих на одну паровую турбину, позволяет существенно повысить мощность парогазовых блоков и увеличивает мощность их паровой части, это связано с сжиганием дополнительного топлива перед котлом. Также следует использовать промежуточный перегрев пара в паровом цикле высокого давления, который повышает КПД ПТУ и снижает влажность пара. На ТЭЦ, строительство и работа которых будет основана на природном газе, рекомендуется внедрять ПГУ мощностью 200-350 МВт. Важнейшими требованиями к этим ПГУ являются: экономичность, надежность, возможность самостоятельной работы паровой части и малозатратной передачи теплоты потребителям, при останове газотурбиной установки, возможность разгрузки для покрытия графика электрических нагрузок.

Аналогичные показатели могут быть получены в парогазовой установке с тремя газотурбинными установками ГТЭ-150 и паровой турбиной 700 МВт. Такая ПГУ затруднительна в компоновке; более сложная в управлении и автоматизации.

ПГУ с двумя ГТЭ-150 и паровой турбиной мощностью 800 МВт обладают меньшей экономической эффективностью с более высоким расходом удельной теплоты, что происходит в следствии меньшей доли газотурбинной мощности и степени бинарности, которые непосредственно влияют на КПД в большей степени, чем параметры рабочего тела ПТУ. Также стоит отметить, что при меньшем расходе газов в ПГУ с двумя ГТЭ-150 и турбиной 800МВт, для нагрева питательной воды будут нужны все регенеративные отборы пара, что усложняет эксплуатацию ПГУ. В таких установках температура газов на входе должна быть на уровне 1150°С, для получения нужно количества пара (950 т/ч), что в свою очередь потребует установки в котле неэффективной топочной камеры, а также увеличения массы и габаритов котла. Из других возможных решений можно выделить пропуск половины газов в конвективную шахту в обход топки, что сильно усложняет конструкцию котла.

В большинстве своем традиционные конструктивные решения для блоков ПТУ встречаются в ПГУ с применением кислорода в отработанных газах газотурбинной установки. Такие ПГУ можно создать с использованием паровых турбин 500МВт и 800МВт.

По причине малой доли газотурбинной мощности и низкой бинарности расход тепла в ПГУ со сбросом газов в котел существенно выше, чем в ПГУ утилизационного типа. Низкая экономическая эффективность применения турбины 800МВт заключается в том, что содержание в газах газотурбинной установки кислорода слишком мало для сжигания поступающего топлива, которое требуется для получения расхода пара, поступающего в турбину, и в топку котла, помимо газов из газотурбинной установки, появляется необходимость в подаче значительного количества воздуха.

Разница в расходе топлива для парогазовых установок с различнойстепеньюбинарностиобъясняетсянизкойтемпературеуходящихгазов, для получения которой необходима модернизация котлов-утилизаторов и их экономайзерных поверхностей. Повышая температуру уходящих газов, экономическая эффективность ПГУ снижается пропорционально с повышением степени бинарности, доля потерь уходящих газов и коэффициента избытка воздуха. В тоже время, при температуре газов в ГТУ выше 1000°С эффективность цикла с высокой бинарностью сохраняется до tyx< 180 - 200°С.

ПГУ мощностью 350 и 800 МВт с двумя ГТЭ-150 лучше всего подходят для покрытия полупиковых нагрузок. Имея небольшую стоимость эти установки, обладают высокой экономической эффективность и надежность работы в циклическом режиме с частыми пусками и остановами.

Использованные источники

1. Горин В.И. Парогазовые установки - кардинальный путь развитияэнергетики / В.И. Горин, А.Ф. Дьяков, Г.Г. Ольховский // Теплоэнергетика, 1988.

2. Ольховский Г.Г. Перспективные ПГУ для крупныхэлектростанций / Г.Г. Ольховский, Н.С. Чернецкий, В.А. Святов, С.Г. Трушин // Теплоэнергетика, 1985.

3. Трухний, А.Д. Парогазовые установки электростанций: Учебноепособие для ВУЗов/А.Д. Трухний - М.:МЭИ, 2013

4. Доброхотов В.И. Основные направления экономии топлива на тепловыхэлектростанциях / В.И. Доброхотов // Теплоэнергетика, 1985.

5. Канаев А.А. Парогазовые установки. Конструкции и расчёты/ А.А. Канаев, М.И. Корнеев// Ленинград: Машиностроение, 1974.

6. Марков Н.М. Опытно-промышленная установка с внутрцикловой газификацией угля / Н.М. Марков, Е.Н. Прутковский, Ю.Г. Корсов, Е.К. Чавчанидзе // Теплоэнергетика, 1985.

7. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловыхэлектростанций /Под ред. С.В. Цанева.- М.: МЭИ, 2008.

Размещено на Allbest.ru