ПГУ КАК АКТУАЛЬНЫЙ СПОСОБ УВЕЛЕЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ТЭЦ – 1 ГОРОДА АЛМАТЫ

​АННОТАЦИЯ

В связи с осуществлением проекта модернизации на станции ТЭЦ-1 города Алматы, планируется введение новых мощностей на базе парогазовых технологий. В статье рассматриваются актуальные установки ПГУ, тепловые схемы, а также способы их регулирования и оптимизации, приведены расчетные показатели и актуальность данных установок.

Ключевые слова: парогазовая технология, тепловая схема, одноконтурная ПГУ, двухконтурная ПГУ, трехконтурная ПГУ.

Введение: В современном мире ключевую роль в регулировании энергосистемы играет развитие устойчивых и надежных энергетических установок. Одной из наиболее перспективных технологий для выработки как электроэнергии, так и тепла, сегодня являются парогазовые установки. Эти системы выгодно отличаются от паровых турбин своим широким диапазоном регулирования выработки электроэнергии. Однако парогазовая технология сложнее по своей конструкции и требует тщательного анализа работоспособности на всех этапах проектирования. Это связано с множеством взаимозависимостей между различными компонентами оборудования. Основными проблемами в разных режимах работы остаются отклонения ключевых параметров, таких как давление, температура и расход топлива. В отличие от газовых турбин, в парогазовых установках минимально допустимые параметры зависят не только от конструктивных особенностей. Важно также учитывать соответствие работы с минимально допустимыми показателями паросиловой установки. В результате диапазон нагрузки газовой турбины должен подстраиваться под потребности паровой турбины, что иногда приводит к отклонению от минимально допустимых значений, определяемых самой конструкцией газовой турбины.

Оборудование ТЭЦ-1 было введено в эксплуатацию в 70-80-ых годах, в связи с этим есть возможность реализации схемы с ПГУ на ТЭЦ-1.

Основное топливо, сжигаемое в существующих паровых и водогрейных котлах – газ, резервное и растопочное для водогрейных котлов - мазут.

Установленная мощность существующей ТЭЦ-1:

- электрическая                                                 145 МВт;

- тепловая /в т.ч. турбин                                 1203/503 Гкал/ч.

Располагаемая мощность существующей ТЭЦ-1:

- электрическая                                                 121 МВт;

- тепловая /в т.ч. турбин                                1090/460 Гкал/ч.

Выработка и отпуск продукции существующей ТЭЦ-1 (отчет):

Годовая выработка электроэнергии                   431,482 млн.кВтч.

Годовой отпуск теплоэнергии                             1 404,982 тыс. Гкал/год;

Система горячего водоснабжения потребителей – открытая. Температурный график теплосети – 132/70 ^оС со срезкой в подающих магистралях до 95°С.

Режим работы существующей ТЭЦ-1 – только в отопительный период по тепловому графику с комбинированной выработкой электроэнергии и тепла без конденсационной выработки, с отпуском тепла от ТЭЦ-1 потребителям зоны ТЭЦ-1.

Тепловые нагрузки зоны ТЭЦ-1 в горячей воде в летний период обеспечиваются от ТЭЦ-2 АО "АлЭС".

Выдача электрической мощности существующей ТЭЦ-1 предусматривается на ОРУ 110 и 35 кВт.

На данный момент станция работает только на тепловые нагрузки. И станция является неэффективной при работе по электрическому графику.

Согласно прогнозному балансу мощности и электроэнергии от «KEGOC» в период 2024-2030гг в Алматинской области будет наблюдаться дефицит электроэнергии. В соответствии прогнозу необходимо увеличить мощности производства электроэнергии. А также в связи с увеличением инфраструктуры города Алматы есть потребность в наращивании мощности станций АО «АлЭС». [1]

Одноконтурная парогазовая установка с КУ

Наиболее эффективная технологией ПГУ является утилизационный тип, который предполагает котел утилизатор для передачи тепла уходящих газов газовой турбины к рабочему телу пароводяного контура паровой турбины. [2]

Рисунок 1. Одноконтурная ПГУ с КУ

Одноконтурная парогазовая установка является отличным решением при условии нужды в малых мощностях и имении дешевого топлива, однако есть ряд недостатков у данной схемы. Во-первых, не удается охладить уходящие газы ниже температуры 150 °С. Для расчета возьмем тепловую схему изображенную на рисунке 1 и проведем несколько вычислений. [2]

Рисунок 2. График зависимости показателей ПГУ от температуры окружающего воздуха

Как видно по графику, окружающая температура имеет прямое влияние на работоспособность энергоблока одноконтурной ПГУ. В следствии чего определяется вывод – мощность ГТУ и ее КПД зависят от качества спроектированной модели и конструктивных методов проектирования газовой турбины, следовательно конечную определяющую мощность обозначает паровая турбина. Основным показателем мощности паровой турбины является внутренний теплоперепад, качественно использованный для выработки электроэнергии. [3]

Рисунок 3. Электрический КПД ПГУ при меньшем давлении в конденсаторе паровой турбины

Уменьшив давление в конденсаторе с 6 кПа до 3,5 кПа получаем прирост в размере 1%.

Двухконтурная парогазовая установка с КУ

Отличием двухконтурной ПГУ является повышенная температура продуктов сгорания после газовой турбины порядка 1000 – 1350 °С, а также температура выходных газов перед КУ 500 – 600 °С. Увеличение контуров обосновывается исходя из вышеизложенной информации по одноконтурной установке. Возможность разделения потоков для качественной утилизации теплоты и регулирования расхода питательной воды. Увеличение контуров способствует предельно минимальной степени влажности пара на последних ступенях турбины. Существует несколько методов оптимизации режима работы двухконтурной парогазовой установки, рассмотрим несколько из них на рисунке 4. [4]

Рисунок 4. График зависимости мощностей оборудования ПГУ от температуры наружного воздуха

В условиях многоступенчатого сжатия компоновка расчетной схемы, включающая три газотурбинные установки, позволяет существенно увеличить выработку теплоты. Помимо этого, в тепловой схеме предусмотрен подвод теплоты в газотурбинную установку (ГТУ) паром низкого, среднего и высокого давлений, что способствует повышению КПД цикла Брайтона в парогазовой установке (ПГУ). Двухступенчатый подогрев питательной воды обеспечивается за счет конструктивных особенностей, включая добавление экономайзера в контур высокого давления. При рассмотрении трех различных вариантов компоновки расчетных схем и анализе цикличности производимых расчетов, основываясь на данных одноконтурной ПГУ, становится очевидным: начальные параметры пара перед турбиной существенно влияют на конечную эффективность ПГУ. Для оптимизации процесса можно внедрять дополнительные надстройки и использовать дополнительный котел для сжигания топлива, что, как и у предшественников, направлено на повышение начальных физических и химических характеристик воды и пара. [4]

Рисунок 5. График зависимости мощностей оборудования ПГУ от температуры наружного воздуха

Рисунок 6. График зависимости мощностей оборудования ПГУ от температуры наружного воздуха

Трехконтурная парогазовая установка с КУ

Трехконтурные парогазовые установки на сегодняшний день являются самыми перспективными энергоблоками для удовлетворения спроса на большие мощности в зависимости от регионов. Три контура позволяют переходить на более высокие температуры по пару, появляется возможность увеличения начального давления что в целом положительно сказывается на паротурбинный цикл.  Компоновка ПГУ может иметь несколько видов по своей структуре – моноблочная, дубль блочная, трипл блочная и т.д. Благодаря этому имеется возможность более грамотного регулирования выработки электроэнергии в зависимости от необходимого количества, зависящего от спроса того же региона, города, местности. [4]

Рисунок 7. График зависимости мощностей оборудования ПГУ от температуры наружного воздуха

Рисунок 8. Диапазон регулирования трехконтурной парогазовой установки с КУ

Заключение: были рассмотрены вариации компоновки ПГУ и их эффективность. По результатам исследования определено что в рамках города Алматы, с учетом недовыработки по мощности и будущим дефицитом по электроснабжению населения, перспективной представляется парогазовая установка работающая по двухконтурной схеме, так как опыта в проектировании и эксплуатации трехконтурных установок для регионов Казахстана не проектировался, основываясь на имеющихся данных хорошим пример служит ПГУ города Шымкент работающая по двухконтурной системе.

Список литературы:

1. https://www.kegoc.kz/ru/electric-power/elektroenergetika-kazakhstana/
2. Парогазовые установки : учебное пособие / О.В. Боруш, О.К. Григорьева. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2016. – 64 с.
3. Расчет тепловых схем трехконтурных утилизационных парогазовых установок: учеб. пособие / А.Д. Трухний, Н.С. Паршина, Т.С. Лукьянова. – М.: Издательский лом МЭИ, 2010. – 48 с.
4. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов / Под ред. С.В. Цанева – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 584 с., ил.
5. Трухний А.Д., Петрунин С.В. Расчет тепловых схем парогазовых установок утилизационного типа: Методическое пособие по курсу «Энергетические установки» . – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 24 с.