150189 (Газотурбинные установки)

Содержание

1. Введение

2. Предыстория

3. Оборудование КГТУ

4. Типовая конструкция ГТУ (ГТД)

5. Схемы и чертежи

Введение

Энергетика больна. Налицо все симптомы ее износа и старения. "Лампочка Ильича" медленно, но верно снижает накал. Окажется Россия во мгле или нет, зависит от того, как скоро и адекватно отреагирует общество, и энергетики в том числе, на состояние энергетической промышленности, которая стоит перед альтернативой: либо медленно умереть и освободить отечественный рынок для зарубежного продавца электрической и тепловой энергии; либо повернуться лицом к современным технологиям производства, внедрить их, а затем на основе высокой конкурентоспособности обеспечить энергетическую независимость государства. Третьего не дано.

Одним из наиболее перспективных направлений развития энергетики (с технической, экономической и экологической точек зрения) является переоборудование действующих районных котельных в газотурбинные теплоэлектроцентрали (ГТУ-ТЭЦ). Такие ГТУ-ТЭЦ обеспечат:

- вдвое меньший расход топлива на производство электроэнергии;

- приблизят производство энергии к потребителю и снизят потери на транспорт энергии (в ПЭО "Татэнерго" они составляют 10,4%, а по России-12,2%);

- повысят гибкость энергосистемы при парировании колебаний в потреблении энергии;

- практически вдвое снизят выбросы вредных веществ в атмосферу по сравнению с существующими ТЭС и котельными.

Неоспоримые достоинства ГТУ-энергетики доказаны в трудах многочисленных отечественных и зарубежных авторов и отражены во всех документах перспективного энергопланирования и энергосбережения. Достоинства ГТУ-энергетики становятся более значимыми, если принять во внимание, что при существующей тенденции по выравниванию российских и мировых цен на энергоносители себестоимость тепловой и электрической энергии в России может в 1,5 раза превысить мировой уровень. А это будет означать крах для отечественной энергетики и промышленности.

Нас настойчиво подталкивают к ГТУ-энергетике форсированные темпы ее внедрения за рубежом и предкритическое состояние отечественной энергетики. ГТУ-технологии стали основой энергетики во всем развитом мире. Мировой выпуск (в переводе на суммарную электрическую мощность) энергетических ГТУ находится на уровне 30-35 млн. кВт в год. Энергетические ГТУ активно развиваются и внедряются сейчас в Японии, Англии, Германии, Италии, США и других странах.

Только в США в 1998 году для модернизации старых и строительства новых электростанций было заказано 200 крупных ГТУ (60 заказчиков) общей мощностью 66 млн. кВт электрической мощности, это соответствует 50% мощности энергетики России.

Правительством США уже несколько лет назад была поставлена задача начала эксплуатации с 2000 года крупных ПГУ-установок с КПД до 60%. Эта задача активно решается компаниями: «General Electric», «Westing-house» и др. Введены в строй ПГУ с КПД 58,5%.

Строятся ГТУ-ТЭЦ в Калифорнии и Флориде (США) мощностью по 150...200 МВт, в Уэльсе (Великобритания) электрической мощностью от 200 до 500 МВт.

В Иране эксплуатируется 174 энергетических ГТУ общей электрической мощностью 8167,8 МВт.

В Италии фирма GE производит микро ГТУ электрической мощностью от 45 до 200 кВт. Фирма PGT (Nuovo Pignona) выпускает ГТУ мощностью от 10 до 21 МВт.

Все производство фирмы Audi (в Германии) обеспечивают электрической и тепловой энергией два комплекса ГТУ-ТЭЦ марки “Taurus-60” суммарной электрической мощностью 10,4 МВт и тепловой - 16 МВт. Фирма "Solar" предлагает ГТУ "под ключ" в диапазоне от 1 до 13 МВт марок: "Centaur", "Mercury", "Taurus", "Mars", "Titan" (рис. 1.3).

Свыше 10 000 газовых турбин эксплуатируются сейчас в 86 странах мира.

В 1992 г. в США принята программа ATS (Advanced turbine systems -передовые турбинные системы) финансируемая правительством, так как создание ГТУ-энергетики по затратам сопоставимо лишь с военными авиационными проектами или созданием новой отрасли промышленности.

Цели программы:

- Разработать надежные и дешевые образцы газотурбинных установок для промышленной выработки электрической и тепловой энергии;

- Осуществить отбор наиболее перспективных разработчиков и производителей энергетических ГТУ;

- Обеспечить лидирующее положение США в сфере производства энергогенерирующей техники.

- Создать условия для прямого контроля энергопроизводящих отраслей промышленности большинства стран мира.

Перечисление только основных производителей энергетических ГТУ за рубежом (табл.1) дает представления о масштабах развития данной отрасли энергетики и внимании, уделяемом ей правительствами промышленно развитых стран.

Таблица 1.

Ведущие разработчики и производители ГТУ на мировом рынке

Почему же был выбран энергоблок с газотурбинной установкой? Газотурбинные установки успешно работают в промышленности, особенно когда требуется совместное производство тепла, механической энергии и электроэнергии. Газовые турбины позволяют соблюсти жесткие требования по охране окружающей среды. Эти установки способны работать на двух видах топлива - жидком и газообразном. При этом осуществляется постоянная работа на природном газе, а при необходимости, в аварийных ситуациях, производится автоматический переход на дизельное топливо. Потребность в техническом обслуживании у газовых турбин относительно мала. После определенного срока службы, примерно 30000-40000 часов работы, по контракту на полное техническое обслуживание производится смена горячих деталей турбины, включая камеру сгорания. Коэффициент работоспособности газовых турбин очень высок и при полном сервисном обслуживании составляет 95 и более процентов.

1. Предыстория

Строительство и пуск ТЭЦ-1 дали тогда мощный импульс развитию промышленности Казани и ее окрестностей. Первый промышленный ток дал турбогенератор мощностью 10 тысяч киловатт, а в июне 1933 года, когда станция была принята в эксплуатацию, на ней работали уже два турбоагрегата, каждый такой же мощности, и пять котлоагрегатов. В последующие годы станция неоднократно расширялась, модернизировалась и реконструировалась и до сих пор является одной из наиболее экономичных станций по удельному расходу топлива. В последние годы значение первой электроцентрали как производителя электрической энергии заметно снизилось. Казань опять испытывает дефицит энергомощности.

К настоящему времени установленная электрическая мощность энергосистемы Татарстана составляет 6986 МВт, тепловая мощность - 15233 Гкал/ч. Последний турбогенератор ТГВ-200 был введен в работу на Набережночелнинской ТЭЦ в 1988 году, что определяет явно выраженный процесс старения генерирующего оборудования.

В то же время подъем экономики Республики Татарстан, интенсивная реконструкция центра Казани вызывают рост потребления электрической и тепловой энергии. Увеличивается электродефицитность Казанского энергорайона. Ситуация усугубляется ростом тарифов на энергетическое топливо, на тепловую и электрическую энергию, вырабатываемую на старом неэффективном оборудовании, что стимулирует потребителей искать альтернативные источники энергии.

Уже на протяжении нескольких лет ОАО «Татэнерго» ведет целенаправленную работу по снижению затрат на производство тепловой и электрической энергии, с целью обеспечения финансовой устойчивости и прибыльности компании в условиях политики сдерживания тарифов, проводимой правительством Российской Федерации. В настоящее время, в структуре затрат энергосистемы основную долю имеет топливная составляющая. Принимая во внимания данный факт, а так же учитывая моральный и физический износ существующего оборудования электростанций и сетей, ОАО «Татэнерго» взяло курс на его коренную модернизацию. В рамках принятой руководством компании в 2003 году программы перспективного развития и технического перевооружения, на Казанской ТЭЦ-1 завершено строительство первого в Татарстане комплекса ГТУ-ТЭЦ мощностью 50 МВт на базе современных газотурбинных технологий.

Начало данному проекту было положено в феврале 2004 года. Тогда в ОАО «Татэнерго» был проведен тендер на поставку газотурбинных установок для КТЭЦ-1. В нем приняло участие 13 известных российских и зарубежных фирм. Среди них такие известные производители газотурбинной техники, как ГПНПКГ «Зоря-Машпроект», ЗАО «Энергоавиа», «Авиадвигатель» (г. Пермь) и другие.

Победителем тендера было признано ОАО «Моторостроитель» (г. Самара) предложившее наиболее оптимальное решение на базе конвертированного авиационного двигателя типа НК-37. В реализации этого проекта осуществляемого в непростых условиях действующего предприятия также участвуют и другие российские предприятия:

- ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова (г. Самара)

- ОАО «Казанькомпрессормаш"

- ОАО «Привод» (г. Лысьва)

- Генеральным проектировщиком является РУП «БелНИПИЭнергопром» (г. Минск).

В 2006 году за счет средств «Нижнекамскнефтехима» предполагается пуск ГТУ-75 МВт на Нижнекамской ТЭЦ. На днях состоялась торжественная выемка первого ковша с котлована будущего комплекса ГТУ-75 на территории станции.

В разворачиваемой на перспективу программе Республики Татарстан по оснащению ГТУ и ГПА котельных городов, а также надстройке ими объектов Татэнерго суммарная мощность вновь вводимых мощностей в Татарстане составит порядка 800 и более МВт. В том числе, в Казани ввод генерирующих мощностей на базе ГТУ составит порядка 200 МВт (из них 100 МВт - за счет средств ОАО «Татэнерго»), что позволит снизить дефицит энергомощности в городе с сегодняшних 450 МВт до 250 МВт. Реализация этих проектов позволит снизить примерно на 11 грамм удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт-ч электроэнергии по всей энергосистеме республики (по итогам 2004 года расход составлял 332 г/кВт-ч).

По своей эффективности и экологичности ГТУ должны послужить образцом для строительства новых и модернизации устаревших электростанций республики. Реализация проекта «Казань-50» позволит энергетикам Татарстана поставить на рынок для потребителей центра Казани дешевую энергию, повысить надежность энергоснабжения исторического центра города, снимет с повестки дня возможность конкуренции собственных альтернативных источников предприятий. Введение в эксплуатацию такого важного объекта в год 1000-летия столицы Республики Татарстан явится также важным социальным фактором. Внедрение новых технологий начинается там же, где начиналась большая энергетика Татарстана. ТЭЦ-1, как и 72 года назад, выступает в авангарде прорыва энергодефецитности Казанского энергоузла.

2. Оборудование КГТУ

Упрощенная структурная схема газотурбинного энергоблока Казанской ТЭЦ-1 представлена на рис. 1.

Проект ГТУ-ТЭЦ Казанской ТЭЦ-1 предусматривает установку двух газотурбинных двигателей НК-37 авиационного типа мощностью по 25МВт каждый, с утилизацией тепла уходящих газов в котлах-утилизаторах. Двигатель НК-37 разработан базе серийного двигателя НК 321 для стратегического бомбардировщика ТУ-160. Выбор конкурсной комиссии остановился на этом двигателе благодаря сочетанию в нем высоких термодинамических и газодинамических параметров с большим ресурсом, изначально заложенным в него конструкцию. Двигатели и генераторы будут смонтированы в контейнерах. Использование подобных двигателей на электростанциях обусловлено целым рядом достоинств: