Дипломная работа: Модернизация существующей тепловой схемы на Череповецкой государственной районной электрической станции

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Постановка задачи

1.2 Состояние и перспективные направления развития единой энергетической системы

1.3 Анализ исследований по выбору оптимальных схем и параметров ПГУ

1.4 Краткая характеристика исследуемого объекта

1.5 Оборудование ПГУ

1.6 Характеристика, назначение комплексной воздухоочистительной установки

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГТУ

2.1 Расчет ГТУ при нормальных условиях

2.2 Расчет ГТУ при повышенной температуре

2.3 Расчет холодильной мощности

2.4 Влияние климатических условий на режимы работы ГТУ

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВА ВОЗДУХА В ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКАХ КВОУ

3.1 Расчет охлаждения и нагрева сухого воздуха

3.2 Расчет охлаждения насыщенного влагой воздуха

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Жизнь современного человека невозможна без применения электроэнергии. Для производства электрической энергии используются природные ресурсы. К таким типам ресурсов принадлежит энергия органических топлив (нефти, природного газа, торфа и углей). В зависимости от используемых ресурсов различают основные виды электростанций: тепловые, где используются энергия горения органических топлив, гидравлические, работающие за счет энергии рек и атомные, использующие атомную энергию. Наибольшее распространение получили тепловые электростанции (ТЭС). Они вырабатывают 80% всей электроэнергии, производимой на территории России.

Перспективное направление развития энергетики связано с газотурбинными и парогазовыми энергетическими установками тепловых электростанций. В последние годы были усовершенствованы методы расчета тепловых схем и элементов ГТУ и ПГУ с применением математического моделирования и компьютерной техники [1].

В отличие от паросиловых установок ГТУ и ПГУ очень зависят от изменения параметров наружного воздуха, что подтверждается анализом их энергетических показателей. В настоящее время все больше внимания уделяется улучшению систем охлаждения элементов этих установок, а также воздуха перед ГТУ. Таким образом, модернизация тепловой схемы ПГУ, является на данный момент актуальной задачей.

Предметом исследования является анализ влияния параметров наружного воздуха на энергетические характеристики установки.

Объектом исследования в настоящей диссертационной работе является парогазовая установка с мощностью 420 МВт (ПГУ-420) на Череповецкой ГРЭС.

Цель диссертационной работы - модернизация существующей тепловой схемы на Череповецкой ГРЭС.

Задачи исследования:

1. Выполнить расчет снижения мощности простой ГТУ от повышения температуры наружного воздуха.

2. Разработать проект системы охлаждения воздуха перед ГТУ, а также подобрать холодильное оборудование.

3. Рассчитать процесс охлаждения и нагрева воздуха в поверхностных теплообменниках комплексного воздухоочистительного устройства.

4. Оценить экономический эффект применяемого проекта.

Разработанные мероприятия позволят минимизировать влияние параметров наружного воздуха на энергетические характеристики ПГУ, а значить увеличить надежность, экономичность и маневренность установки.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Постановка задачи

Первая глава диссертации посвящена современному состоянию исследуемой проблемы, а именно обзору и анализу оптимальных схем, параметров ПГУ и перспективных методов улучшения систем охлаждения воздуха перед ГТУ.

Выделено три основных направления исследования:

1) анализ состояния единой энергетической системы;

2) обзор результатов научных исследований по модернизации тепловых схем и параметров ПГУ;

3) краткая характеристика исследуемого объекта с указанием технических характеристик оборудования.

1.2 Состояние и перспективные направления развития единой энергетической системы

Таблица 1.1 - Мощность электростанций ЕЭС России

Установленная мощность электростанций Единой энергетической системы (ЕЭС) России на конец отчетного периода (01.04.2018 г.) составила 242 774,12 МВт.

Мощность электростанций по видам генерации приведена в таблице 1.1.

Структура установленной мощности тепловых электростанций ЕЭС России на 01.04.2018 г. По типам генерирующего оборудования представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Распределение установленной мощности ТЭС по типам оборудования

В марте 2018 года производство электроэнергии электростанциями ЕЭС России составило 98 532,39 млн. кВт•ч. Основную нагрузку по обеспечению спроса на электроэнергию несли тепловые электростанции (ТЭС), выработка которых составила 60 104,51 млн. кВт•ч [2].

В утверждённой схеме и Программе развития единой энергетической системы России на 2018-2024 годы определены приоритеты развития энергетического сектора страны [3]. Целью программы является создание эффективного энергетического сектора страны с целью стабильного увеличения экономики. В этом документе предусматривается замена выработавшего свой ресурс паротурбинного оборудования на новые парогазовые установки (ПГУ) на основе современных и мощных ГТУ.

Существует необходимость строительства ПГУ ТЭЦ, вследствие того, что многие потребители отказываются от централизованного теплоснабжения и переходят на строительство собственных котельных. Это вызвано неоправданно высокой стоимостью электроэнергии и тепла на многих ТЭЦ, оснащенных устаревшим оборудованием, и ненадежностью тепловых сетей [4]. Поэтому мощность вводимых в эксплуатацию блоков ПГУ ТЭЦ к 2020 году возрастет. Повышение начальной температуры газа перед турбиной до 1300°С и выше, привело к тому, что наиболее перспективными стали схемы ПГУ с котлом-утилизатором.

В таблице 1.2 приведены энергетические характеристики некоторых типов ГТУ отечественного и зарубежного производства:

Таблица 1.2 - Технические данные отечественных и зарубежных ГТУ при температуре наружного воздуха 15°С

В таблице 1.3 приведены характеристики некоторых ПГУ на базе ГТУ, указанных в таблице 1.2.

Таблица 1.3 - Характеристики некоторых конденсационных и теплофикационных ПГУ

1.3 Анализ исследований по выбору оптимальных схем и параметров ПГУ

Применяя международный навык сооружения газовых турбин, в 1944-1945 годах в Центральном котлотурбинном институте имени И.И. Ползунова (ЦКТИ) А.Н. Ложкин разработал схему парогазовой установки со сгоранием топлива при постоянном давлении. Позже совместно с А.Э. Гольтманом был выполнен теоретический анализ парогазовых циклов с высоконапорными парогенераторами. На основании этих исследований были выполнены проекты парогазовых установок относительно небольшой мощности, в дальнейшем в ЦКТИ под руководством М.И. Корнеева был проведен комплекс проектных и конструкторских разработок ПГУ мощностью до 200 МВт с высоконапорным парогенератором производительностью 25-420 т/ч.

После 1950 г. были развернуты работы по исследованию комбинированных установок в Ленинградском политехническом институте под руководством профессоров Кириллова И.И. и Зысина В.А [5]. В результате уже в 50-70-е годы ХХ века были найдены теоретические основы создания парогазовых установок. Реализация парогазовых установок в стране началась во второй половине XX века.

Особенностью ПГУ по сравнению с паросиловыми установками является зависимость электрического КПД от температуры наружного воздуха.

Современные ГТУ, работающие в составе ПГУ, спроектированы для работы при нормальных условиях ( t'1= 15°С, р=101,3 кПа, ц=60%). Однако температура наружного воздуха на территории России в течение календарного года изменяется в широких пределах (от +55°С до -45°С) [6].

Пример изменения среднемесячной температуры наружного воздуха для ряда городов России представлен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Среднемесячные температуры наружного воздуха в ряде регионов России: 1-Иваново; 2-Рязань; 3-Москва; 4-Белгород; 5- Сочи;

6-Калининград; 7-Екатеринбур; 8-Санкт-Петербург; 9-Омск

Например, по данным [7], среднегодовая температура наружного воздуха в г. Вологда Вологодской области составляет +2,9 °С, а в г. Бабаево Вологодской области, расположенном рядом с п. Кадуй Вологодской области, где и расположена ГТУ SGT5-4000F в составе парогазовой установки ПГУ-420, составляет +2,7 °С.

Следовательно, эксплуатация ГТУ производится в режимах ниже расчетных (нормальных). Благодаря этому паспортных характеристик ГТУ достичь почти невозможно не только на агрегатах, находящихся в эксплуатации продолжительное время, но и на новых. В связи с этим возникла необходимость расчетов основных характеристик ПГУ на нерасчетных режимах.