Торичные энергоресурсы парогазовых установок

КУ ЛЕКЦИЯ 4

ПАРОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ,

Наиболее перспективным направлением повышения экономичности ГТУ является использование теплоты уходящих газов для генерации дополнительного энергетического пара и его использование в паровой турбине. Подобные установки получили название парогазовых (ПГУ) и в настоящее время получают широкое распространение в энергетике [78].

торичные энергоресурсы парогазовых установок

Существует несколько типов ПГУ. К ним относятся сбросные ПГУ, ПГУ с высоконапорным парогенератором, ПГУ с впрыском пара [43,58] и ПГУ с котлом-утилизатором. Схема ПГУ с котлом-утилизатором отличается простотой конструкции, имеет высокий КПД цикла и потому получила значительное распространение [27].

Наиболее полно преимущества ПГУ с котлом-утилизатором проявляются при применении в составе ПГУ ГТУ с высокими начальными параметрами газа перед газовой турбиной. К настоящему времени в результате усовершенствования конструкции ГТУ и применения новых конструкционных материалов, температура газа на входе в турбину достигла значения 1500К, электрический КПД ГТУ достигает 40% [78]. Зависимость КПД ГТУ от температуры газа перед турбиной показана на рис. 1.5.

Энергетические показатели ПГУ с котлом-утилизатором постоянно улучшаются. За последние 25 лет КПД ПГУ с КУ вырос с 43 до 60% (рис. 1.6) и приближается к максимальному для ПГУ данного типа значению – 62 – 63% [78]. В настоящее время в зарубежных странах идёт массовый переход на ПГУ для производства электроэнергии и замена ими устаревших паротурбинных установок.

Современное состояние энергетики России характеризуется срочной необходимостью перевооружения ТЭС в связи с необходимостью замены устаревшего и выработавшего свой ресурс оборудования (более 100 тыс. МВт электрической мощности), ростом энергопотребления на 5-7 % в год (к настоящему времени в ряде регионов уже существует дефицит электрической энергии. К примеру, в Москве дефицит электрической энергии зимой 2005/2006 годов составлял максимально 3617 МВт и явился причиной частичного ограничения потребления электрической энергии предприятиями [87]. Также в Москве наблюдается серьёзный дефицит тепловой энергии).

Для замены устаревшего оборудования и удовлетворения спроса на электроэнергию требуется ввод новых мощностей от 5 до 7 тысяч МВт ежегодно. Новая инвестиционная программа РАО «ЕЭС России» предусматривает строительство ряда ПГУ (КПД составляет около 58%), в первую очередь в Москве и Московской области, а также в Свердловской, Пермской и других областях [37]. Инвестиционные программы энергогенерирующих компаний, действующих в г. Москве (ОАО «Мосэнерго» и ОАО «МОЭК»), также предусматривают строительство серии энергетических блоков, работающих по парогазовому циклу. Всего в Московском регионе в период 2006-2010 гг. планируется ввести в эксплуатацию объекты генерации с электрической мощностью около 4000 МВт [35,78].

Рис. 1.5. Зависимость КПД ГТУ от температуры газа на входе в газовую турбину для ведущих производителей ГТУ [27,78]

Рис. 1.6. Изменение КПД ПГУ и ГТУ за последние 25 лет [78]

За последние 5 лет РАО «ЕЭС России» в рамках программы технического перевооружения уже построило несколько ПГУ с использованием энергетического оборудования отечественного производства. В 2001 году был пущен в эксплуатацию первый в России крупный энергоблок с парогазовым циклом двух давлений пара на Северо-Западной ТЭЦ г. Санкт-Петербург электрической мощностью 450 МВт и максимальной тепловой мощностью 400 МВт. Газовые турбины этого энергоблока произведены в Германии фирмой Siemens, а паровая – на ЛМЗ. Основные показатели блока: электрическая мощность 450 МВт, тепловая мощность – 407 МВт, удельный расход условного топлива на отпуск электроэнергии – 154,5 г.у.т./(кВт ч), удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии – 40,6 кг.у.т./ГДж, КПД ТЭЦ по отпуску электрической энергии – 52% [41]. В октябре 2005 года аналогичный энергоблок вступил в эксплуатацию на Калининградской ТЭЦ-2.

Всего в России за четыре года введены в эксплуатацию ПГУ общей электрической мощностью около 1400 МВт (помимо рассмотренных выше, в феврале 2004 года начал работу блок мощностью 220 МВт на Тюменской ТЭЦ‑1, в декабре 2004 г. – Сочинская ПГУ-ТЭЦ мощностью 78 МВт, в декабре 2005г. – блок ПГУ мощностью 195 МВт на Дзержинской ТЭЦ [78]).

В настоящее время активно ведется строительство двух ПГУ-450 на ТЭЦ‑21 и ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго», в феврале 2005 года в г. Комсомольске Ивановской области начато строительство новой электростанции «Ивановская ПГУ-325». Отличительной особенностью последнего проекта является то, что это – первый крупный энергоблок с парогазовым циклом, полностью укомплектованный разработанным и произведенным в России оборудованием. В его создании приняли участие крупнейшие российские производители: ОАО НПО «Сатурн» выпускает газовую турбину ГТЭ-110 мощностью 110 МВт, имеющую высокие энергетические характеристики (КПД – 36%), ЛМЗ выполняет поставку паровой турбины, ИК ЗИОМАР поставляет котел-утилизатор. КПД энергоблока составит 52%. Энергоблок введён в эксплуатацию в апреле 2007 года, в дальнейшем планируется расширение электростанции и сооружение второго энергоблока ПГУ-325. В дальнейшем предполагается использование ПГУ-325 для модернизации Конаковской, Щёкинской и Кировской ГРЭС, Элистинской ТЭЦ, ряда других электростанций.

Высокая эффективность, характерная для энергоблоков парогазового цикла, позволяет более полно использовать теплоту сгорания топлива. Но и в этом случае теряется от 20 до 50% теплоты, образующейся при сжигании топлива, и для более полного использования теплоты сгорания топлива необходима их утилизация.

В силу того, что ПГУ состоит из паровой и газовой частей, ВЭР ПГУ являются комбинацией ВЭР ПТУ и ВЭР ГТУ. К ВЭР ПГУ относятся тепловые потери с уходящими газами (t = 150 ⁰C), теплота, отводимая с маслом от подшипников ГТУ и ПТУ (t = 80 – 90 ⁰C) и теплота, отводимая от конденсатора ПТУ (t = 25 – 40 ⁰С).

В реализованных схемах из всех ВЭР полезно используется лишь теплота уходящих газов, идущая на подогрев сетевой воды в теплофикационных ПГУ. Коэффициент использования тепла топлива в таких ПГУ достигает 80 – 85%.