В ЭГТУ-16 за счет тепла выхлопных газов ГТД в утилизаторе тепла
| Основные технические характеристики энергетических установок Таблица 1 | ||
| ЭГТУ-16 | ПГУ-20 | |
| Мощность электрическая номинальная, МВт | 16 | 20 |
| Мощность тепловая, Гкал/ч | 21 | 23 |
| Электрический кпд, % | 25 | 40 |
| Эффективность использования топлива, % | 80 | 80 (в ког. режиме) |
| Расход воды(пара) через КУ, т/ч | 480 | (32,6) |
| Температура воды/пара, °С | 70/115 | 70/385 |
| Давление воды(пара), МПа | 0,6 | (2) |
мощностью 21 Гкал/ч производится нагрев воды, которая направляется потребителям через коллектор котельной. Регулирование температуры сетевой воды осуществляется при помощи жалюзи, установленных в газоходе перед утилизатором.
Выработка электроэнергии на обеих энергоустановках обеспечивается генераторами Т-20-2УЗ производства ОАО «Привод». Паровая турбина является приводом генератора ТГ-6-2ДУЗ (ОАО «Электротяжмаш»). Для согласования частот вращения силовых турбин ГТД (5300 об/мин) и паровой турбины (8910 об/мин) с частотой генераторов (3000 об/мин) применены редукторы собственного производства.
Паровая турбина К-4-17,5 мощностью 4 МВт (фото 2) была разработана и изготовлена специалистами Сумского НПО. Паровая турбина выполнена трехступенчатой, двухпоточной: 1-я ступень — радиальная, 2-я и 3-я — осевые. Расчет и проектирование проточной части турбины были осуществлены совместно со специалистами СПбГПУ (г. Санкт-Петербург).
Водогрейный утилизатор тепла УТ-25 для ЭГТУ-16 и паровой котел К35/2,0-300-450 для ПГУ-20 также изготовлены Сумским НПО. Паровой котел-утилизатор был разработан совместно со специалистами ОАО «Укрэнергочермет» (г. Харьков).
Паровой котел барабанного типа выполнен газоплотным, вертикальным, с принудительной циркуляцией рабочего тела. Преимущественное применение гладких труб в теплообменниках позволило обеспечить требуемый уровень сопротивлений проточной части котла-утилизатора «по газовой стороне». Для увеличения теплосъема экономайзер парового котла выполнен из оребренных труб собственного производства.
Для обеспечения водно-химических режимов работы энергоустановок используется система химводо-подготовки, существующая в заводской котельной. Для запуска котла-утилизатора также применяется пар, вырабатываемый в котельной.
При создании энергетических установок были скомбинированы блочно-контейнерная компоновка газотурбинной части (аналогичная ГПА) и капитальные здания, в которых размещены турбогенераторы, распределительное устройство и паровая турбина.
Блок управления обеими установками размещен в отдельно стоящем здании. АСУ ТП спроектирована специалистами предприятия на базе программно-технических средств Fanuk (GE). Совместно с фирмой AdvantekInternational разработаны программные регуляторы топлива, обеспечивающие поддержание постоянной частоты вращения силовой турбины ГТД. Регулировка мощности привода осуществляется за счет изменения расхода топливного газа (с поддержанием постоянной частоты вращения силовой турбины двигателя). Программные регуляторы топлива, установленные в ЭГТУ, обеспечивают надежную работу энергоустановок как при выдаче электроэнергии в локальную сеть, так и при параллельной работе с энергосистемой. Эксплуатация ЭГТУ-16 и ПГУ-20 позволила довести все входящее в их состав оборудование и приобрести опыт, необходимый для тиражирования отработанных технических решений.
В табл. 2 приведены данные о наработке установок и количестве произведенной электрической и тепловой энергии.
На предприятии проработан ряд схем энергоустановок с использованием газотурбинных приводов различного типа. Одним из первых двигателей, на базе которого планируется выпуск серийных энергоблоков когенерационного цикла, станет НК-16-18СТ производства ОАО «КМПО». В настоящее время решается вопрос о совместном создании ГТУ-ТЭЦ в г. Казани. Четыре газотурбинных энергоблока в составе единой электростанции предполагается смонтировать на территории районной котельной «Азино». Тепло будет направлено в коммунальные тепловые сети. Высокая эффективность использования топлива в энергоустановках когенерационного цикла достигается при полном использовании вырабатываемого тепла, как правило, в холодное время года. При невостребованности всего потенциального тепла выхлопных газов (в летний период) общий коэффициент использования топлива падает.
Создание когенерационных установок экономически целесообразно при наличии стабильных потребителей тепла, горячей воды или пара. При их отсутствии более предпочтительно сооружение парогазовых установок, основное назначение которых — выработка электроэнергии. Одной из основных задач при создании собственного энергокомплекса для предприятия является разработка и испытание утилизационных энергоустановок для компрессорных станций с газотурбинными приводами компрессоров природного газа. Традиционные утилизационные схемы с применением воды в качестве рабочего тела в паротурбинном цикле не приветствуются газовиками и нефтяниками, особенно в условиях Севера. Учитывая это, в ОАО создается экспериментальная турбогенераторная установка с замкнутым рабочим циклом на низкокипящей среде (пентан). В установке нагрев пентана до газообразного состояния производится за счет тепла выхлопных газов газотурбинного привода ЭГ ТУ-16. Затем газообразный пентан под давлением подается в турбину, являющуюся приводом генератора. Отработавший в турбине пентан конденсируется и подается в теплообменники для нагрева и перевода в газообразное состояние; цикл повторяется. Все оборудование, в том числе пентановая турбина, насосы, теплообменники, арматура и т.д., разработано и изготавливается в ОАО. Запуск пентанового энергоблока в опытную эксплуатацию запланирован на IV квартал 2004 г. Установка предназначена прежде всего для организации научно-технического задела в области создания нового энергогенерирующего оборудования. Схема с энергоутилизирующей установкой на низко-кипящих рабочих телах может использоваться при надстройке газотурбинных ГПА. Электроэнергии, производимой такими энергоблоками на компрессорной станции, будет достаточно для покрытия собственных нужд КС.
Создание собственных газотурбинных установок суммарной электрической мощностью 36 МВт в ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» решило проблему бесперебойного электроснабжения и сэкономило значительные средства, ранее уходившие на закупку электроэнергии. Ближайшая задача предприятия — решение энергетических проблем заказчика.
| Эксплуатационные показатели энергоустановок ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» (на 1.05.04) Таблица 2 | |||
| Тип установки | Наработка, ч | Произведено электроэнергии, млн кВт»ч | Произведено тепловой энергии, тыс. Гкал |
| ЭГТУ-16 | 25000 | 362 | 472 |
| ПГУ-20 | 10000 | 160 | 99 |
| в т.ч. ЭГТУ-16ПК | 10000 | 146 | 99 |
| УПГ-4К | 4000 | 14 | - |
Конденсационная парогазовая электростанция для надежного энергоснабжения промышленных потребителей.
А.И. Виноградов, Н.Р. Джапаридзе, В.В. Макаревич -ЗАО «МР-Энерго-Строй»
В последние десятилетия во всем мире для надежного энергоснабжения предприятий нефтяной и газовой, а также других отраслей промышленности широко применяются передовые газотурбинные и парогазовые технологии. Такие энергоисточники сооружаются и в России, и в других странах СНГ.
Компанией МР-Энерго-Строй разработано предложение по строительству под ключ электростанции для одного из нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ). Она должна обеспечивать электроэнергией действующее предприятие и вновь сооружаемый комплекс глубокой переработки нефти. На предприятии существуют потребители электрической нагрузки первой и особой категории (ПУЭ п. 1.2.17) по надежности, и их энергоснабжение должно быть бесперебойным.
Реконструкция НПЗ должна проводиться в три этапа, и в зависимости от них будут изменяться электрические нагрузки предприятия.
По требованию Заказчика была принята схема конденсационной ПГЭС. Предусматривалось также наличие резервной установки, т.е. 60 МВт — рабочая мощность ПГЭС и 20 МВт - резерв. В настоящее время электроснабжение завода осуществляется от энергосистемы, теплоснабжение — от собственной котельной.
МР-Энерго-Строй разработало схему ПГЭС на базе ГТУ типа «Циклон» производства Siemens. Установки снабжены паровыми котлами-утилизаторами (ПКУ) с дожигающими устройствами и конденсационными паровыми турбинами. Котлы и турбины — отечественного производства.
ГТУ «Циклон» являются современными и мощными промышленными газовыми турбинами. От отечественных энергоустановок, созданных на базе конвертированных авиационных или судовых ГТД, их отличает незначительное снижение электрического кпд (не более 3,5%) на частичных нагрузках (разгрузка — до 75%). При этом уменьшение располагаемой теплоты уходящих из ГТУ газов несущественно и практически не влияет на выработку тепловой энергии за счет утилизации.
Возможность работы газотурбинной энергоустановки «Циклон» в режимах частичной нагрузки с практически неизменным электрическим кпд стала определяющим фактором при выборе основного оборудования для данных условий.
Поскольку температура уходящих газов ГТУ «Циклон», как и других типов газовых турбин, зависит от температуры наружного воздуха и уменьшается при ее снижении, то в качестве расчетного был принят зимний режим работы ПГЭС, при tHB = -30°С, характеризующийся минимальной выработкой тепловой энергии в утилизационном котле.
На ПГЭС предусмотрено размещение 4 блоков ГТУ с ПКУ с дожигающим устройством. Принята схема ПГЭС с поперечными связями. От паровой магистрали питаются две паровые турбины (ПТ). Общая (установленная) электрическая мощность ПГЭС составляет около 71,6 МВт.