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

На рисунке 1.3 приведено изменение основных характеристик в диапазоне температур наружного воздуха для современной ГТУ.

Рисунок 1.3 - Влияние температуры наружного воздуха на основные характеристики энергетической ГТУ

Влияние температуры наружного воздуха рассматривается в работе ИГЭУ совместно с Филиалом «Ивановские ПГУ» ОАО «ИНТЕР РАО ЕЭС»[8]. В данной работе рассматривается изменение максимальной мощности ГТУ-110 в зависимости от температуры наружного воздуха при p=743 мм ртутного столба в течение суток, при этом были использованы эксплуатационные данные, по которым максимальная располагаемая мощность ГТУ=108,1 МВт в раннее время суток. Дальше предполагается увлажнение воздуха до ц=80 %, впрыском обессоленной воды в компрессор, вследствие этого мощность ГТУ увеличилась на 1 МВт в тоже время суток. Максимальный прирост мощности составил 6 МВт по сравнению с эксплуатационными данными. Исходя из этого установлено, что увлажнение воздуха перед компрессором в летнее время позволяет увеличить мощность ГТУ на ?0,9-6% в зависимости от влажности наружного воздуха и электрической мощности ГТУ. В работе установлено, что ПГУ в летний период слабо приспособлены к ведении суточного графика нагрузки, например, в часы пиковой нагрузки располагаемая мощность ГТУ снижается, и наоборот.

Рисунок 1.4 - Принципиальная схема включения АБХМ для охлаждения воздуха, подаваемого к турбокомпрессору ГТУ

Также в работе предлагается применение холодильной машины (чиллера) для охлаждения воздуха до расчетного значения температуры воздуха на входе в компрессор, например, абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины (АБХМ). Предлагаемая принципиальная схема представлена на рисунке 1.4.

Но авторы работы не представляют никаких расчетных данных подтверждающих охлаждение воздуха.

Энергетическая эффективность ГТУ имеет важное значение для целого ряда стран. Вопросам эффективности ГТУ и ПГУ, работающих в условиях повышенных температур наружного воздуха, посвящено много работ, выполненных в странах зарубежья. Например, в работе Boonnasa S. , Ameri М., Habbo А. рассматривались вопросы охлаждения наружного воздуха на входе в компрессор ГТУ и ПГУ. Исследовались системы охлаждения на основе поверхностных охладителей холодной водой, а также впрыск воды в воздух. Thamir К. I. рассматривает охлаждение с использованием парокомпрессионной и абсорбционной холодильных машин. Изменение мощности ГТУ в зависимости от температуры воздуха на входе в компрессор представлено в работах Ondryas I.S., Wilson D.A., Kawamoto М., и Chiesa P.

Необходимо выделить, что приведенные работы основываются на расчётах технологических схем рассматриваемых установок, при их заранее заданных характеристиках.

В диссертации [9] на соискание ученой степени кандидата наук Альрави Аммар И. Ибрагим исследует тему оптимизации параметров и способов охлаждения наружного воздуха ПГУ и ГТУ для стран с жарким климатом, а именно рассматривается Ирак. В своей работе автор выделяет преимущество парогазовых установок с впрыском пара в камеру сгорания как наиболее перспективных, в связи с тем, что данный способ в меньшей степени зависит от термодинамических параметров цикла ПГУ, чем, например, охлаждение воздуха в холодильных машинах. Но все же максимальный уровень увеличения мощности с помощью холодильных машин составляет-20%, а с помощью систем впрыска 17,7%. Также в работе выделено, срок окупаемости систем охлаждения наружного воздуха впрыском воды существенно ниже, чем охлаждение на основе холодильных машин. Предлагаемая схема охлаждения наружного воздуха ГТУ впрыском воды представлена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 -Схема охлаждения наружного воздуха впрыском воды в ГТУ:

1- система подготовки воды; 2- бак-аккумулятор; 3- насос; 4-система очистки воздуха; 5-система распыления воды; 6-компрессор газовой турбины; 7-камера сгорания; 8-газовая турбина

Также автор проводит конструкторский расчет поверхностного теплообменника смешивающего типа, в котором вода (обычно речная) охлаждает воздух, а также пытается создать его математическую модель. Необходимым условием является наличие водоема, с температурой воды ниже температуры атмосферного воздуха.

Предлагаемая схема включения теплообменника представлена на рисунке 1.6.

При расчёте определяется требуемая площадь поверхности теплообмена, а также учитывается возможность конденсации содержащихся в воздухе водяных паров.

В заключении представлено графическое изображение результатов расчета, по которым автор делает вывод, что среди вариантов для ПГУ наиболее экономически эффективен метод охлаждения воздуха впрыском воды, а для ГТУ система охлаждения с поверхностным теплообменником.

Рисунок 1.6 - Принципиальная схема включения поверхностного теплообменника:

1- водо-воздушный теплообменник; 2- насос; 3- сепаратор для отделения воды от влажного воздуха

1.4 Краткая характеристика исследуемого объекта

Череповецкая ГРЭС ? конденсационная электростанция, которая является одной из крупных станций Северо-Запада России. Она обеспечивает электроэнергией Вологодско-Череповецкий энергоузел. Станция состоит из трех идентичных конденсационных блоков по 210 МВт и одного парогазового энергоблока мощностью 420 МВт (ПГУ-420). Первый энергоблок был введен в эксплуатацию 22 декабря 1976 года. Второй и третий блоки были пущены соответственно в 1977, 1978 годах. В 2014 введен в эксплуатацию блок ПГУ мощностью 420 МВт. В качестве основных видов топлива используются каменный уголь марок ДСШ и ДМСШ: хакасский, интинский, кузнецкий, а также природный газ. В качестве резервного топлива используется мазут.

В состав одного энергоблока входят:

1. Двухкорпусной барабанный котёл Еп 670/I40 (модель ТПЕ-208),ТКЗ. Спроектирован для работы на фрезерном торфе. Котел с естественной циркуляцией, двухкорпусной.

2. Конденсационный турбоагрегат К-210-130-3 (ЛМЗ) мощностью 210 МВт, 540/540°С, с семью нерегулируемыми отборами -- конденсационный с промежуточным перегревом пара, одновальный.

3. Синхронный генератор переменного тока ТГВ--200 ХТГЗ мощностью 210 МВт; 15,75 кВ; с водородным охлаждением, безщёточным тиристорным возбуждением типа БТВ-300.

4. Блочный трансформатор ТДЦ -- 250000/242 ЭТЗ мощностью 250 МВА.

В состав ПГУ-420 входят:

Одновальная силовая установка в составе газовой (мощностью 280 МВт) и паровой (140 МВт) турбин и генератор.

Череповецкая ГРЭС является филиалом ПАО «ОГК-2»(«Вторая генерирующая компания оптового рынка электроэнергии»), которая является самой крупной российской компанией тепловой генерации установленной мощностью 18,958 ГВт и годовой выручкой около 112 млрд рублей. Основными видами деятельности ПАО «ОГК-2» являются производство и продажа электрической и тепловой энергии.

В состав ОАО «ОГК-2» входят:

?Сургутская ГРЭС-1(Тюменская область) - установленная мощность 3268 МВт;

?Рязанская ГРЭС (Рязанская область) ? 3130 МВт;

?Ставропольская ГРЭС (Ставропольский край) ? 2423 МВт;

?Киришская ГРЭС (Ленинградская область) ? 2595 МВт;

?Троицкая ГРЭС (Челябинская область) ?1400 МВт;

?Новочеркасская ГРЭС (Ростовская область) ? 2258 МВт;

?Красноярская ГРЭС-2 (Красноярский край) ? 1260 МВт;

?Череповецкая ГРЭС (Вологодская область) ?1050 МВт;

?Серовская ГРЭС (Свердловская область) ? 420 МВт и другие.

1.5 Оборудование ПГУ

Тепловая схема ПГУ с КУ

В энергетике создан ряд тепловых схем ПГУ, имеющих свои особенности. Наибольшее распространение получили схемы ПГУ с котлом-утилизатором, тепловая схема которой представлена на рисунке 1.7.

ОК- осевой компрессор; КС- камера сгорания; ГТ- газовая турбина; ЭГ-электрогенератор; ГТУ-газотурбинная установка; КУ-котел-утилизатор; ПТУ-паротурбинная установка; КД-конденсатор; Н-насос; Nэг и Nэп-электрические мощности ГТУ и ПТУ; Qгс-теплота сжигаемого в ГТУ топлива;и1 и и2-недогревы среды

Рисунок 1.7 - Простейшая тепловая схема ПГУ с котлом-утилизатором и цикл Брайтона-Ренкина в T,s-диаграмме:

В них выходные газы ГТУ направляются в котел утилизатор, где большая часть теплоты передается рабочему телу и генерируется перегретый пар, который поступает в паровую турбину. Отработавший пар конденсируется на конденсаторе паровой турбины, и конденсат, с помощью насоса, подается в котел-утилизатор [9]. Ее преимуществом является высокий электрический КПД при работе в конденсационном режиме (55-60%), а также низкие сроки строительства. Для сравнения, у работающих отдельно паросиловых установок КПД обычно находится в пределах 33-45 %, для газотурбинных установок ? в диапазоне 28-42 %.

1.5.2 Краткая характеристика основного оборудования ПГУ

ПГУ -420 на Череповецкой ГРЭС является одновальной установкой, в которой электрогенератор расположен между газотурбинной и паротурбинной установками с самозацепляющейся (расцепной) муфтой. Использование муфты обеспечивает повышенную маневренность.

Рисунок. 1.8-Схема ПГУ-420

Основное оборудование ПГУ-420-двухтопливная газовая турбина Siemens модели SGT5-4000F со вспомогательными системами, паровая турбина конденсаторного типа производителя «Siemens» модели SST5-3000 с конденсатором Scon1000, общий генератор для газовой и паровой турбины SGen5-2000H с системой водородного охлаждения и статического возбуждения, а также котел-утилизатор без дожигания топлива производства ЭМАльянс.

Газовая турбина SGT5-4000F характеризуется значительной производительностью, невысокими энергозатратами, продолжительными промежутками между осмотрами и легкой в обслуживании конструкцией. Оптимизированный поток и охлаждение, увеличивающие КПД газовой турбины до самых высоких уровней, используется с целью экономичного производства энергии в комбинированном цикле.

Технические особенности:

* кольцевая камера сгорания с 24 гибридными горелками;

* керамическая облицовка камеры сгорания;

* 15?ступенчатый осевой компрессор с оптимизированным распределением потока (управляемым диффузионным профилем);

* монокристаллические лопатки турбины с защитным термическим покрытием и пленочным охлаждением;

* расширенные технологии охлаждения;

* дополнительные возможности использования нескольких видов топлива;

* система сжигания с низким уровнем NOx.

Турбина имеет компактное расположение двухцилиндровой конструкции с осевым выхлопом, и используется для комбинированного цикла с применением газовой турбины новейшей технологии. Она имеет отдельный цилиндр высокого давления (H) и комбинированный цилиндр среднего и низкого давления (IL) с однопоточным осевым выхлопом.

Рассчитана на 50 и 60 Гц, и обеспечивает выходную мощность от 90 до 280 МВт.

Таблица 1.4-Технические данные SGT5-4000F

Котел?утилизатор Еп-258/310/35-15,0/3,14/0,44-540/535/263 (П-132) предназначен для получения перегретого пара и подогрева конденсата за счет использования тепла горячих выхлопных газов ГТУ в составе блока ПГУ-420. Котел-утилизатор горизонтального профиля, барабанный, 3-х давлений (высокое, среднее и низкое давление) с естественной циркуляцией в испарительных контурах, с промперегревом.

1.6 Характеристика, назначение комплексной воздухоочистительной установки

Во время работы газовой турбины в компрессор поступает воздух из атмосферы через комплексное воздухоочистительное устройство. Воздух проходит через систему фильтрации и подогрева, затем поступает в компрессор газовой турбины. Подготовка воздуха позволяет защитить проточную часть компрессора от предварительного износа.

В состав комплексного воздухоочистительного устройства входит следующее оборудование:

-короб фильтров с блоками фильтров;

-воздухозаборный отвод с каналом;

-система подогрева воздуха.

Воздух поступает в компрессор, проходя через экран от птиц, съемную сетку против насекомых, подогреватели воздуха, коагулятор, фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки, глушитель, воздухозаборный угольник, воздухозаборный канал и воздухозаборный раструб компрессора.

Короб фильтров состоит из следующих компонентов:

-навесы;

-экраны для защиты от птиц;

-экран для защиты от насекомых;

-коагулятор Macrogen;

-комбинированные блоки фильтров с фильтром грубой очистки и фильтром тонкой очистки.

Короб фильтров состоит из блоков фильтров, которые образуют три из четырех стен короба. В нижней части короб крепится к воздухозаборному угольнику. Площадки и лестницы обеспечивают удобный доступ ко всем устройствам эксплуатации и обслуживания. Шкафы управления, обеспечивающие контроль воздухозаборного канала, расположены на площадке короба фильтров.

Навесы защищают воздухозаборные отверстия от дождя за счет наличия крыши, состоящей из металлических листов с гофрами в форме трапеции. Несущая конструкция образована рамами коробчатого сечения. Единым конструктивным элементом является фланцевая конструкция, которая крепится с передней стороны воздухозаборного отверстия.

Принципиальная схема комплексного воздухоочистительного устройства представлена на рисунке 1.8 с обозначением основного оборудования.

Рисунок 1.8- Общий вид комплексного воздухоочистительного устройства:

01-18-блоки фильтров; 25- навесы; 29- воздухораспределительная камера;31- воздухозаборный канал - нижняя часть;32-воздухозаборный канал - верхняя часть;